船用生物燃料白皮书:从FAME到HVO,未来二十年航运脱碳路线图(下)
目录
1.引言
2.生物燃料概述
2.1 什么是生物燃料？
2.2 生物质生产及其影响
2.3 生物燃料与温室气体排放的关系
2.4 使用生物燃料时的操作考量
3.FAME——脂肪酸甲酯
3.1 FAME的一般特性
3.2 混合燃料中的FAME
3.3 船上FAME的储存与处理
3.3.1 水分与微生物滋生
3.3.2 氧化风险
3.3.3 蜡质形成
3.4 FAME的燃烧
4.HVO——加氢处理植物油
4.1 HVO的一般特性
4.2 船上HVO的储存与处理
4.3 HVO的燃烧
5.生物燃料前景展望
6.财务考量
7.总结
你需要了解的术语/缩略语：
CIICarbon Intensity Index碳强度指标
CO2Carbon dioxide 二氧化碳
CO2eCO2 equivalent二氧化碳当量
EEDIEnergy Efficiency Design Index能效设计指数
EEXIEnergy Efficiency Existing Ship Index现有船舶能效指数
FAMEFatty acid methyl esters脂肪酸甲酯
GHGGreenhouse gas 温室气体
HSFOHigh-sulphur fuel oil高硫燃料油
HVOHydrotreated vegetable oil 加氢处理植物油
ILUCIndirect land use change间接土地利用变化
IMOInternational Maritime Organization国际海事组织
ISOInternational Organization for Standardization 国际标准化组织
MEPCMarine Environment Protection Committee 海洋环境保护委员会
MDOMarine diesel oil船用柴油
MGOMarine gas oil 船用轻柴油
TANTotal acid number 总酸值
TBNTotal base number 总碱值
TTWTank-to-wake储罐到尾流
VLSFO Very-low-sulphur fuel oil极低硫燃料油
WATWax appearance temperature 蜡质出现温度
WDTWax disappearance temperature 蜡质消失温度
WTWWell-to-wake (lifecycle perspective)井到尾流（全生命周期视角）
接上文...
4 HVO——加氢处理植物油
4.1 HVO的一般特性
HVO即可再生柴油，是通过加氢工艺制得的。它也被称为加氢处理酯和脂肪酸（HEFA）或加氢处理可再生油（HRO）。HVO可由与FAME相同的生物质生产，但也可由残余作物和工业废物（如木材废料）生产。根据所用生物质的不同，HVO可被视为第一代或第二代生物燃料。由植物油（如棕榈油、大豆油或菜籽油）等生物质制成的HVO属于第一代生物燃料。由残余作物或工业废物等生物质制成的HVO属于第二代生物燃料。作为第二代生物燃料，HVO的"井到尾流"碳足迹远小于船用轻柴油（MGO）——仅为8–48克二氧化碳当量/兆焦耳，而船用轻柴油为85–87克二氧化碳当量/兆焦耳。HVO与石油燃料一样，由碳氢化合物组成。然而，石油燃料中的碳氢化合物是混合物，同时包含石蜡和芳烃。由于HVO通过加氢生产，其碳氢化合物主要为石蜡。这在使用HVO时带来了新的挑战，例如较低的密度对船舶会产生影响。HVO的质量在任何船用燃料标准中均未规定，但在汽车用石蜡柴油燃料标准EN 590 B7和EN 15940:2016 class A中有所定义。其密度（765–800 kg/m³）在EN15940:2016+A1:2018 +AC:2019 class A中规定。柴油发动机可以使用纯HVO运行，这就是汽车行业将其视为"即用型"燃料的原因。然而，在船舶上，较低的密度对燃油处理系统提出了额外的要求。4.2 船上HVO的储存与处理
HVO的储存和处理方式与船用石油蒸馏油大致相同。与FAME相比，它并不比化石柴油更容易滋生微生物。然而，较低的燃料密度可能需要调整分油机以实现有效脱水。4.3 HVO的燃烧
EN 15940规定HVO的闪点为55°C，这将违反船上规定最低闪点为60°C的安全要求。这个问题可以通过订购最低闪点为60°C的HVO来轻松避免。HVO既不含芳烃也不含硫，因此它比化石柴油燃烧得更清洁。当有效燃烧时，它仅产生少量烟尘，这限制了灰分含量并保护了润滑油的质量和使用寿命。然而，HVO与残渣燃料之间巨大的密度差异增加了燃料转换过程中烟尘形成和沥青质沉淀的风险。5 生物燃料前景展望
2020年1月1日实施的0.50%硫含量限值给船上燃料处理带来了重大变化。宣布的到2050年实现航运业脱碳（首个重要里程碑在2030年）的目标，则彻底改变了整个行业。短期内，船队已经开始采取措施减少温室气体排放。实际上，为了满足特定船舶在碳强度指标（CII）、能效设计指数（EEDI）或现有船舶能效指数（EEXI）方面的要求，部分船东已不得不采取这些措施。发动机功率限制（即低速航行）是目前最简单的选择，并且很可能很快会对某些船舶或在某些区域实施速度限制。这两项措施都会让航行时间边长，并最终导致每条航线上船舶航行更多。最终，航运业的脱碳将需要转向清洁和可持续的燃料。由于2020年的硫含量限值，高硫燃料油（HSFO）的替代品已经变得更加普遍。然而，极低硫燃料油（VLSFO）和船用轻柴油（MGO）并不影响船舶的碳足迹。国际海事组织（IMO）的默认碳因子（每燃烧一吨燃料产生的二氧化碳量）中已做确认，该因子显示HSFO、VLSFO和MGO的数值非常相似。液化天然气（LNG）一直视为燃料油的清洁替代品，燃烧时不产生颗粒物、无硫排放，每单位能量产生的二氧化碳减少20%。LNG的主要成分是甲烷，而甲烷本身就是一种强效温室气体。由于并非所有甲烷都在燃烧过程中被消耗（即所谓的"甲烷逃逸"），LNG实际上可能比燃料油对全球变暖的贡献更大。IMO和欧盟目前都在考虑LNG的总"井到尾流"（WTW）排放，法规的影响可能对LNG的商业案例产生严重影响。简而言之，要实现IMO的目标，需要持续创新、引入其他燃料替代品，以及不断减少船上的能源需求。汽车和海运行业都在积极开发和测试，但仍有许多挑战有待解决。需要布局新的燃料基础设施和建立可再生生产能力，正如需要为使用新的替代燃料运行而设计船舶一样。像脂肪酸甲酯（FAME）和加氢处理植物油（HVO）等生物燃料在许多方面都是可行的替代品。与传统船用燃料油相比，生物燃料显著降低了排放水平，并且易于集成到现有的燃料基础设施和船上处理设备中。然而，它们对海运业的可获得性及其定价高度依赖于全球供应量以及与其他行业的竞争。全球生物燃料产量仍远低于支持当今不断增长的航运业所需的水平，尤其是航空和汽车行业，也需要相当大的燃料份额。同样，全球绝大部分植物油当前乃至未来都需作为重要的食物来源。根据所使用的生物质类型，生物燃料的生产也可能进一步给环境带来挑战，例如森林砍伐和大量水消耗。技术挑战依然存在。倘若生物燃料成为未来主流，润滑油生产商亦需顺势而变。尽管FAME的总酸值（TAN）较高，但FAME和HVO均不含硫。这就需要具有低总碱值（TBN）和高清净性的船用发动机润滑油，以便有效润滑发动机并防止拉缸。无论使用哪种生物燃料油，都需要继续使用离心式分油机去除润滑油中的污染物（不溶物和水），来提高发动机的寿命和效率。尽管存在这些因素，由于生物燃料现有的供应链以及易于集成到当前燃料和船上基础设施中的特点，它们在不久的将来可能会占据主导地位。未来几年，会开发更多类型的生物燃料并在船上应用。此外，持续支持IMO温室气体战略的短期措施（EEDI、EEXI和CII）的工作，可能会使生物燃料更具吸引力。EEDI和EEXI仅考虑"储罐到尾流"（TTW）排放，但根据MEPC 80指南的更新，CII将考虑"井到尾流"（WTW）排放。这标志着在排放方面开始考虑燃料生命周期，预计将开发一种全面的WTW方法来核算生物燃料的温室气体排放。同样，IMO正在制定立法，将所有燃料类型的WTW排放纳入其中。这将使大多数生物燃料的能效计算产生积极影响，使其比今天更具优势。无论未来几年哪种燃料成为主流，引燃燃料仍需要净化，润滑油和控制油必须保持良好的状态。因此，至少有一点在生物燃料方面是明确的：燃油和润滑油处理仍将是一项必要工作。6 财务考量
生物燃料与化石燃料油之间的成本比较显示，生物燃料明显更为昂贵。然而，FAME和HVO的价格波动较大。它们高度依赖于地区和原料价格，而原料价格在很大程度上独立于原油价格。为了推动生物燃料在海运市场的使用，需要严格的法律法规——要么以法规的形式，要么以经济激励（如二氧化碳税）的形式。所需的储罐容积在评估替代燃料时起着非常重要的作用。尽管HVO是一种低密度燃料，但它具有相对较高的体积能量含量（34.4 GJ/m³），因此比FAME需要更少的储存空间。7 总结
船用燃料市场必须改变，航运业才能削减全球温室气体排放并实现《巴黎协定》的目标。像FAME和HVO这样的生物燃料将有助于全球航运业的脱碳，并且是当今减少排放的绝佳燃料选择。然而，要真正实现可持续，生物燃料需要以可持续的方式采购原料，并以最小的土地使用足迹进行生产。FAME和HVO通常被认为是“即用型”燃料。由于它们几乎不需要或根本不需要修改船上的现有技术，当按照成熟的柴油操作安全程序使用时，它们是安全的燃料选择。尽管如此，生物燃料操作对设备和操作者都提出了新的要求。应特别注意多个因素，包括燃料储存和处理。在加注生物燃料时，应逐案分析每批燃料的特性。燃料质量差异很大，低质量或不符合最新船用燃料标准规范的燃料会带来设备故障的巨大风险。此外，将生物燃料与残渣燃料和/或蒸馏燃料混合时存在不相容的风险。使用生物燃料运行时，最常见的问题与储存以及高度依赖温度的低粘度特性有关。特别是对于FAME，微生物滋生和氧化也必须加以控制。这强调了对油舱和设备清洁度以及燃料储存时间的重视。为避免出现问题，船舶运营者应确保良好的机舱管理，并了解所使用的生物燃料，包括其与船上设备的匹配程度。生物燃料可以采用与石油燃料相同的方式进行处理。然而，需要频繁且仔细地检查温度。淤渣积聚（无论是来自燃料本身还是来自燃油系统内的残留物）可能需要更频繁的排放或其他优化措施，例如降低燃油流量。生物燃料的溶解特性是需要额外控制和维护的原因，因为它们可能降解橡胶并与某些金属发生反应。最后，必须考虑FAME和HVO的闪点，因为闪点会影响排放和润滑油质量。基于所有这些因素，FAME和HVO在使用前需要经过深思熟虑的解决方案。燃油处理设备必须经过验证，并可能需要针对生物燃料的操作进行升级，特别是如果其最初设计并未考虑生物燃料。同样，船员在使用这些燃料之前也必须做好充分准备。建议与专家进行讨论，特别是在涉及燃油处理设备的需求方面。Source: Marine biofuels-What to expect in the coming decades, Alfa Laval
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