船舶能效、替代燃料及船舶動力形式等三大領(lǐng)域的技術(shù)變革是當(dāng)前全球海事工業(yè)最重要的創(chuàng)新高地。面對極具可能性的2050年海運碳中和要求，替代燃料和新動力形式的應(yīng)用，已經(jīng)成為未來三十年海事業(yè)最急迫的任務(wù)。

船舶動力形式的變革以能量轉(zhuǎn)換方式（如內(nèi)燃機、燃料電池、動力電池等）為主要關(guān)注點，這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用前景最具不確定性，也最可能產(chǎn)生顛覆性創(chuàng)新。其中，燃料電池，因其技術(shù)的快速迭代和在車輛上的推廣應(yīng)用，正在引起海事工業(yè)的極大關(guān)注。

雖然業(yè)界討論未來動力時，把燃料電池更多歸為內(nèi)河和短途運輸船舶的可能選擇，但就未來的發(fā)展趨勢看，燃料電池動力船舶有對傳統(tǒng)內(nèi)燃機船舶實現(xiàn)顛覆性替代的可能性，進而可能完全改變船舶動力形式和產(chǎn)業(yè)競爭賽道。

關(guān)注并超前15年至20年研究和布局這一重要方向，是中國工業(yè)在船舶動力領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顛覆性創(chuàng)新的關(guān)鍵。

一、船用燃料電池的商用化研發(fā)還處于發(fā)展初期，但研發(fā)活動逐漸聚焦

過去很長一段時期，燃料電池技術(shù)一直處于緩慢發(fā)展中，多數(shù)成果處于技術(shù)驗證階段。近十年來，燃料電池技術(shù)的突破并在汽車工業(yè)的快速應(yīng)用，吸引了更多投資，推動了商業(yè)化進程，技術(shù)轉(zhuǎn)化節(jié)奏明顯加快。

從船用燃料電池專利方面看，據(jù)中國船協(xié)知識產(chǎn)權(quán)分會統(tǒng)計，截至2022年4月，全球船用燃料電池相關(guān)專利申請量累計達3409件、專利授權(quán)1786件。其中1999-2008年是船舶燃料電池專利申請的高峰期。2010年以來，船用燃料電池專利申請量呈現(xiàn)下滑趨勢。

這一方面說明船用燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用依然處于發(fā)展初期，另一方面也說明，經(jīng)過前期大規(guī)模研發(fā)嘗試之后，船用燃料電池技術(shù)路線逐漸聚焦，研發(fā)活動也逐漸集中在少數(shù)頭部科技企業(yè)。

考慮到船用燃料電池技術(shù)的進一步發(fā)展和外部環(huán)境的利好，以及近期車用燃料電池風(fēng)口的到來，船用燃料電池有可能掀起新一輪研發(fā)熱潮。

二、燃料電池的基本屬性決定了其發(fā)展的巨大潛力

燃料電池是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，并不是我們傳統(tǒng)認識上的“電池”，而是一種化學(xué)“發(fā)電機”，且具備極高的能量轉(zhuǎn)換效率和燃料靈活性。燃料電池是實現(xiàn)運輸工具“全電化”原動機重要選擇之一。

燃料電池的轉(zhuǎn)換效率高于低速機熱效率，并可以使用當(dāng)前低速機的主要替代燃料。

目前各國大力推進的燃料電池技術(shù)路線主要為低溫運行的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和高溫運行的固體氧化物燃料電池(SOFC)。

PEMFC功率密度相對較高，電化學(xué)效率在60%左右，輔以燃料重整裝置，可以使用氨、甲烷、甲醇等富氫燃料。

SOFC的電化學(xué)效率在60%左右，運行溫度高達650℃以上，可以使用氫、氨、甲烷、甲醇、柴油等多種燃料，且不需要貴金屬催化劑，在熱電聯(lián)產(chǎn)情況下，總效率可以達到90%，遠遠高于當(dāng)前船用低速機50%左右的熱效率。

此外，燃料電池還具有工況越低、效率越高的特性，在船舶經(jīng)濟航速工況下，其發(fā)電效率還可以進一步提升。

燃料電池為船舶的能效提升和溫室氣體減排提供了極具誘惑的解決方案。

歐洲一些機構(gòu)的相關(guān)研究表明，在使用同一種燃料時，與船用低速機相比，由燃料電池提供船舶電力推進和輔助電力，在當(dāng)前技術(shù)水平下，能夠降低10%以上的燃料成本。同樣使用LNG作為燃料，低速機能夠降低20%左右的溫室氣體排放，SOFC能夠降低34%的溫室氣體排放，甲烷逃逸問題也得到更好解決。