在科技浪潮的推動下，船舶動力領(lǐng)域正迎來一場深刻的變革。4月19至23日，在天津舉行的2024世界內(nèi)燃機(jī)大會聚焦“綠色可靠智能高效”產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，來自全球各地的科學(xué)家、企業(yè)家、院士學(xué)者共同圍繞推動低碳、零碳、碳中性燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)人類社會新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展展開熱烈討論。眾多專家學(xué)者表示，內(nèi)燃機(jī)是一種將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，燃用可再生燃料包括氨、氫、甲醇、各種合成柴油等可以使內(nèi)燃機(jī)成為“碳中和”或者“零碳”動力，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用將為內(nèi)燃機(jī)行業(yè)開創(chuàng)嶄新的未來。

內(nèi)燃機(jī)仍是船舶動力首選

隨著國際海事組織（IMO）對二氧化碳減排政策的收緊，船舶行業(yè)正加速轉(zhuǎn)型脫離化石能源。歐洲碳交易法規(guī)的修訂和碳邊境調(diào)節(jié)稅的出臺，進(jìn)一步推動了遠(yuǎn)洋海船綠色燃料替代的進(jìn)程。同時(shí)，政策激勵也在促使船東使用全生命周期的“碳中和”或低碳燃料，減少溫室氣體排放。

中國工程院院士、2024世界內(nèi)燃機(jī)大會學(xué)術(shù)委員會主任、上海交通大學(xué)講席教授黃震表示，對于船海動力而言，純電驅(qū)動或者換電模式適用于短距離的內(nèi)河中小型船舶，而遠(yuǎn)洋大型船舶則需要依賴碳中性燃料或“零碳”燃料。未來，可再生合成燃料技術(shù)是面向“碳中和”動力系統(tǒng)的變革性技術(shù)，可為能源轉(zhuǎn)型與“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供全新的解決方案。

黃震認(rèn)為，用“綠電”、水和二氧化碳制取可再生合成燃料（包括合成汽油、合成柴油、甲醇、二甲醚），使交通和工業(yè)燃料獨(dú)立于化石能源，實(shí)現(xiàn)燃料“凈零碳”排放，可為國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型與“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供全新的解決方案。當(dāng)前的技術(shù)“瓶頸”是如何提高可再生合成燃料的轉(zhuǎn)化效率、以及合成燃料裝置長期穩(wěn)定性，這也是其最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵。他表示，未來，制備低成本的可再生合成燃料，除考慮綠電本身的成本及外部碳稅等碳約束問題外，還要考慮未來零邊際成本效應(yīng)。

“船舶內(nèi)燃機(jī)在未來仍將是船舶動力的主流選擇，其名稱可能從傳統(tǒng)的船舶柴油機(jī)改為船舶內(nèi)燃機(jī)。但這一轉(zhuǎn)變不僅僅是名稱上的改變，更代表著動力系統(tǒng)在燃料、技術(shù)和性能上的全面升級。”哈爾濱工程大學(xué)原校長劉志剛接受采訪時(shí)表示，內(nèi)河和沿海船舶未來會有很多選擇，清潔燃料、混合動力、純電動等都可能成為其選擇。然而，遠(yuǎn)洋船舶則完全不同，內(nèi)燃動力還是其較為實(shí)際的長期選擇。

劉志剛表示，在燃料方面，未來的船舶內(nèi)燃機(jī)可能會采用更加環(huán)保、低碳的燃料，以滿足市場需求和環(huán)保法規(guī)要求。傳統(tǒng)的重油燃料因其高碳排放而逐漸退出，或成為可選燃料之一，取而代之的是新型清潔燃料。近期液化天然氣（LNG）、甲醇或成為主要的燃料形式，遠(yuǎn)期會逐步轉(zhuǎn)向氫、氨等零碳燃料為主。

在技術(shù)層面，船舶內(nèi)燃機(jī)將面臨發(fā)動機(jī)本體設(shè)計(jì)、燃燒組織、摩擦潤滑、安保問題等多方面的挑戰(zhàn)。如何實(shí)現(xiàn)高效、安全的燃燒，如何確保燃料在運(yùn)輸和儲存過程中的安全，以及如何處理排放問題等，都是未來船舶內(nèi)燃機(jī)技術(shù)需要突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但劉志剛堅(jiān)信，只要充分發(fā)揮中國智慧和制度優(yōu)勢，通過持續(xù)技術(shù)攻關(guān)，我國有望在船舶內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從技術(shù)跟跑到并跑，甚至領(lǐng)跑的跨越式發(fā)展。

氨燃料內(nèi)燃機(jī)潛力巨大

當(dāng)前，中國船舶集團(tuán)有限公司旗下多家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在積極開展船舶內(nèi)燃動力的自主設(shè)計(jì)研發(fā)，旨在積極推動低碳、零碳船舶動力技術(shù)的自主創(chuàng)新發(fā)展，提升中國船舶動力技術(shù)的國際競爭力。

中船鎮(zhèn)柴8ML320DF雙燃料機(jī)/徐文 攝

“在一些特殊應(yīng)用場景中，內(nèi)燃機(jī)可能會從主要動力轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助動力，但在遠(yuǎn)洋船舶上，內(nèi)燃機(jī)仍具有強(qiáng)大的生命力。”中國船舶集團(tuán)有限公司旗下中船動力（集團(tuán)）有限公司總經(jīng)理邵煜表示，內(nèi)燃機(jī)的燃料類型正在發(fā)生變化，包括甲醇、氨和LNG等綠色燃料都正在為2050年前后實(shí)現(xiàn)“凈零”排放目標(biāo)而準(zhǔn)備。

對氨燃料而言，一方面，國際上主要船級社已經(jīng)形成了一個(gè)相對完整的規(guī)范體系，其中的一些規(guī)范已經(jīng)被推出，這為氨燃料內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展提供了法規(guī)環(huán)境；另一方面，氨燃料內(nèi)燃機(jī)需要解決氨的可燃性較差的問題；需要合適的燃燒組織方案，降低氧化亞氮的生成；需要更高效率的脫硝系統(tǒng)；需要面對一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的加工、制作、安裝和維修的難度；需要系統(tǒng)性的措施防止氨泄漏所帶來的安全隱患；需采用專門材料應(yīng)對氨的腐蝕性和潤滑問題等。這會使氨燃料內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、制造成本大幅增加，但在技術(shù)層面上，這些問題都可以得到解決。

此外，考慮到歐盟的碳稅政策，即要求航運(yùn)公司每年為上一年度的溫室氣體排放量繳納“碳稅”，其在增加航運(yùn)公司運(yùn)營成本的同時(shí)，也將會形成一種新的收益平衡，從而拉動全球經(jīng)濟(jì)，并可能對船用內(nèi)燃機(jī)行業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間。“因此，我們有理由認(rèn)為，氨燃料內(nèi)燃機(jī)具有巨大的市場潛力和發(fā)展空間，或許會在未來各種燃料中占據(jù)‘三分天下有其一’的地位。” 邵煜強(qiáng)調(diào)。

邵煜認(rèn)為，綠色燃料對于船用內(nèi)燃機(jī)具有重要意義，是確保內(nèi)燃機(jī)長期生存和發(fā)展的重要因素。特別是在遠(yuǎn)洋船舶領(lǐng)域，內(nèi)燃機(jī)不會因電池等技術(shù)的興起而退出歷史舞臺。采用綠色燃料的內(nèi)燃機(jī)生命周期仍然很長。未來，還需要持續(xù)關(guān)注如何降低氨燃料內(nèi)燃機(jī)的成本。此外，包括港口加注在內(nèi)的氨燃料產(chǎn)業(yè)鏈的成長，也將影響氨燃料發(fā)動機(jī)的未來發(fā)展。