特約記者 ｜ 錢伯彥
“北極的情況令人驚恐，4.97平方公里，這是該月份有觀測記錄以來的海冰面積最低值”，10月21日，北極氣候研究項目（MOSAiC）的科學家托馬斯·龍格（Thomas Ronge）在推特上公佈了一條令所有環保主義者都寢食難安的最新消息。
MOSAiC旨在通過將考察船繫泊在浮冰之上，並跟隨海冰運動穿越北冰洋來記錄和觀測北極地區全年的氣候和生物數據。在此之前，如此長時間內的連續觀測記錄至少在北冰洋上仍是空白。
其實早在一週之前，龍格所搭乘的“北極星”號破冰兼考察船上就已經瀰漫著壓抑的情緒。因為直到考察船深入北緯81度之前，科學家們沒有看到過一塊海冰。
自從2015年12月《巴黎氣候協定》簽訂以來，節能減排、拯救環境的理念開始深入人心，而逐年縮小的海冰面積無疑就是全球變暖最有力的控訴者。
作為僅次於能源行業的第二大碳排放來源，與日常生活密切相關的交通行業正逐個遭受環保運動的敲打：從2015年撞在槍口上的燃油車尾氣門，再到被貼上“飛行恥辱”標籤的民航業，現在輪到航運業了。
環境殺手：航運業的新面孔？
“世界上最大的15艘貨輪的排放量抵得上全球7.5億輛機動車的總排放量！”
過去數年內，這一觸目驚心的數字在西方世界幾乎所有社交媒體和傳統報紙上廣為流傳。
儘管該數據僅僅是並不嚴謹地通過比較某些特定指標，而刻意誇大了航運業的排放數據，但是航運業在全球變暖中扮演了並不次要的負面角色卻是不爭的事實。
國際海事組織（IMO）於2014年公佈的研究報告顯示，整個航運業的碳排放佔全球所有碳排放量的大約3%，這個比例與民航業相當。如果將遊曳在各大洋上的所有船隻計算作一個國家，那麼它將是世界第六大碳排放國，與德國或日本不相上下。
但是與這兩個注重可再生能源的國家不同，隨著全球貿易量的提升、液化天然氣（LNG）跨洋運輸的蓬勃興起，以及郵輪度假出行的爆發式增長，承擔著世界90%貨運量以及部分高端客運量的航運業卻沒有絲毫減排的跡象。
依照IMO的預測，航運業的碳排放量到2050年將增長50%至250%。以最不樂觀的情形計算，屆時航運業將貢獻全球17%的碳排放量，幾乎和拒絕簽署《巴黎氣候協定》的美國相當。
相比於節節攀升的碳排放量，更令航運業遭受詬病的是，船舶的排放物中除了包含汽車尾氣中常見的二氧化碳和氮氧化合物之外，還含有大量對環境危害更為巨大的硫化物和固體顆粒物。硫化物汙染是造成酸雨和土壤硫化的罪魁禍首，而固體顆粒物最常見的表現形式就是滾滾的黑煙和爆表的PM值。
這些汙染的根源來自於大型船用發動機特有的工作方式和特殊的燃料。
無需減速機構的低轉速、二衝程柴油機是在大型船隻領域得到廣泛應用的動力核心。得益於其較為緩慢的燃燒速度，船用發動機除了柴油之外，還可以無障礙地使用重油。重油也正是船隻汙染的源頭。
在石油的常壓蒸餾過程中，沸點最低的汽油作為最先得到的主要成品率先餾分，之後則是沸點依次升高的航空煤油與柴油餾分，最終剩餘的沸點高於350度的“次品”部分就是重油以及瀝青。
廉價，自然就是對於燃料成本極為敏感的航運業選擇重油的主要理由。以從巴西圖巴朗港口往返青島港的鐵礦石運輸船隻為例，單程11500海里的航線耗時約34天，每天船隻都需要消耗40噸的燃料。即便是在洋流和季風都理想的情況下，單程運輸的燃料成本就高達50萬美元，若考慮到逆風和洋流，成本甚至會上升至單程70萬美元。
廉價的背後自然是油品的相對低劣。作為比柴油還要“次”的原油製品，重油不僅繼承了柴油的所有毛病，3.5%的含硫量更是重油的“標配”。而加油站中的柴油早在世紀之交就已經被勒令須進行脫硫處理。
儘管脫硫工藝和針對柴油機的尾氣後處理系統、顆粒收集過濾裝置在技術上早已成熟，但是對於波羅的海乾散貨指數（BDI）至今仍未恢復至金融危機之前的航運公司來說，這些裝置暫時還只能是奢侈品。
除了經濟成本上的考量，制約航運業環保之路的另一個重要因素則是其極為國際化的行業特點。
常年航行在公海上的大型船舶不僅不受到任何國家法律的制約，而且船東出於避稅考慮往往傾向於將船舶註冊國（船旗國）定在法律並不健全的避稅天堂國家。目前，全球所有船舶中懸掛旗幟最多的國家是巴拿馬、馬紹爾群島和利比里亞。
諷刺的是，馬紹爾群島也正是在海平面上升之後第一批面臨滅國的國家。
正因為監管上存在諸多困難，即便是在面面俱到的《巴黎氣候協定》中，航運業也幾乎未被提及。
這一漏洞終於在2018年4月13日得到了填補。當天，總部位於倫敦的國際海事組織宣佈，該組織的100餘個成員國達成協議，決定於2050年之前將全球航運業的碳排放量下降至2008年水平的50%。相比於這個並不過於激進的目標，協議還建議到2030年，國際海運的碳排放應當減少40%，努力實現2050年前減排70%的長期目標。
協議中對航運公司影響最為緊迫的一項細則無疑是，從2020年元旦起，所有船舶排放物中的含硫量都不得超過0.5%，而之前的限值還僅為3.5%。
值得一提的是，在包括洛杉磯港、長灘港、五大湖區皆對往來船隻排放有嚴格要求的美國人卻是國際海事組織中唯一沒有簽署該協定的主要大國。
新技術爆發：航運業的應對之策
對於在全球範圍內擁有五萬餘艘大型船舶的各航運公司而言，在30年內將碳排放減半無疑是個巨大的挑戰。
小步前進總是最穩妥的。
就如同面臨上世紀七十年代的石油危機時一樣，在運營層面上挖掘潛力是在短期內達成減排目標的最佳方案。降低航速、優化航線、港區供電以及安裝尾氣後處理系統等立竿見影的措施在第一時間就被航運公司擺上了檯面。
不過，小修小補顯然無法解決根本問題。海運業的龍頭企業丹麥馬士基更是早早確定了雄心勃勃的2050碳中和戰略，計劃在2030年前將碳排放量降低60%，在2050年之前將集團的碳淨排放量降至零。
如何才能完成這個不可能的任務？航運公司的答案是：新技術。
挖掘內燃機潛力：混動技術
混合動力船隻的先行者是可再生能源發電比例已經達到98%的挪威。
擁有世界獨一無二峽灣景觀的挪威人很早便意識到了峽灣內的定期郵輪對於環境的負面影響，並於今年3月起正式禁止一切以重油為燃料的郵輪進入峽灣。
儘管柴油動力船隻暫時仍未受到禁令影響，但是考慮到2026年起燃油車也將被禁止進入峽灣景區，針對柴油動力郵輪的禁令似乎也只是時間問題。
未雨綢繆的挪威海達路德（Hurtigruten）郵輪公司已於今年夏季便將全球第一艘大型混合動力郵輪投入運營。這艘以著名探險家阿蒙森命名的郵輪的排放量比同類船隻減少20%以上，並將負責阿拉斯加-格陵蘭-挪威的北極航線。憑藉船上配備的大功率電池模組，該船不僅可以純電力航行45至60分鐘，電動機的調峰作用也能確保柴油發動機始終運行在最經濟工況，電力推進低噪音低震動的特性還能大幅提升遊客體驗。
據海達路德CEO斯凱丹（Daniel Skjeldam）透露，另兩艘混動郵輪也將於數年內下水，而公司的長期目標則是將混動技術應用到旗下所有船隻身上。
相比於願意馱著重量驚人的電池模組航行的郵輪，以馬士基為代表的海路貨運公司對於混動的答案則是混合燃料。
今年3月至6月，馬士基在往返25000海里的鹿特丹-上海航線上試運行了使用混合燃料（80%柴油+20%生物燃料）的3E級集裝箱船，這也是全球最大規模的第二代生物燃料試點項目。
第二代生物燃料特指源於有機廢棄物的提煉物，而此次馬士基所使用的生物燃料來源就是地溝油。根據馬士基給出的估算，該種生物燃料將減少1500噸的碳排放和20萬噸的硫化物排放。
清潔的化石能源：天然氣
誰將是石油的替代者？天然氣無疑是呼聲最高的候選者之一。在航運業也不例外。
2018年12月，愛達郵輪旗下的諾瓦號（Aida Nova）作為第一艘使用LNG為主要燃料的豪華郵輪正式服役，由此拉開了航運業LNG發動機“狂飆突進運動”的大幕。
在短短四年之內，以諾瓦號為首艦的“太陽神”級郵輪（Helios Class）就收到了來自愛達郵輪和歌詩達郵輪等公司的九艘訂單，並預計將於2025年前後全部投入運營。
不同於組成成分複雜的重油或柴油，烴類單一的天然氣不僅不排放硫化物和固體顆粒物，其產生的氮氫化合物汙染也比柴油要減少80%以上。即便是燃燒過程中無法避免的二氧化碳排放，根據荷蘭皇家殼牌的一份研究顯示，也同樣比柴油要低25%左右。殼牌公司也正是太陽神級LNG動力郵輪的燃料供應商。
LNG發動機的另一大優勢則在於該技術對於現有船用發動機的改裝要求並不高。
LNG發動機主要可以分為單一氣體燃料和雙燃料發動機。其中雙燃料發動機依然使用柴油作為輔助燃料，在引燃以及優化工況條件下進行柴油直噴，該方案在曼恩和瓦錫蘭為代表的歐洲廠商中得到了廣泛使用。而單一氣體發動機則在羅爾斯·羅伊斯以及濰柴、廣柴、玉柴、濟柴等國內廠商之間受到重視，濟柴參與研發的LNG示範船“海川3號”更是早於2017年就行駛於長江安徽段。
目前，全球範圍內使用LNG作為燃料的船隻數量已經接近80艘。儘管其中相當一部分還只是使用LNG作為輔助燃料，但這個數字預計到2020年底也將上升至600艘。依據殼牌的推算，截至2040年，全球所有大型船舶中的十分之一預計能換裝LNG發動機，航運業的碳排放也將有望減少1.32億噸。
未來能源：氫
儘管LNG作為船用燃料優點突出，但作為不可再生能源的LNG理論上依然有資源耗盡的一天，而且該方案還會受到LNG補給站數量的限制。
不知足的船舶工程師們也找到了一個更加面向未來的可再生解決方案：氫能。
2017年起，比利時海事集團（CMB）就在該國最大港口安特衛普啟動了一艘名為Hydroville的雙燃料發動機渡輪。這艘依然使用內燃機的渡輪的最大特點在於，其發動機氣缸內燃燒的是柴油和氫氣混合氣體。相比於仍會產生二氧化碳的LNG，氫氣完全燃燒的唯一反應產物只有水。隨著制氫成本的逐步下降，Hydroville號使用的混合燃料中的氫氣佔比未來將達到80%以上。
目前，受到Hydroville號零排放鼓舞的比利時海事集團已經決定加碼氫-柴油雙燃料技術，計劃在未來兩年內於安特衛普港投入裝備新型發動機的拖船和駁船，並在十年內推出全球第一艘基於氫內燃機技術的集裝箱船。
氫能的另一種應用是燃料電池。
2016年起，蒂森克虜伯船舶系統公司（ThyssenKrupp Marine Systems）與邁爾造船公司（Meyer Werft）就投入了5000萬歐元，合作研發名為e4ships的船用燃料電池技術。
目前，兩家公司合作生產的30 kW級別燃料電池，已成功安裝在往返於赫爾辛基和斯德哥爾摩之間的MS Mariella號郵輪之上，並穩定地運行了兩年有餘。兩家船舶製造商和郵輪公司都預計，該技術可在兩至三年內大規模推廣。
略微遺憾的是，燃料電池千瓦級別的功率，目前還只能覆蓋船用電子設施的用電需求。面對100 MW級別的船用推進系統，燃料電池顯然仍不夠強大——至少在萬噸級別的郵輪上尚是如此。
而對於千噸以下級別的定期渡輪來說，全電力推進系統的實現就只是時間問題。
HySeas III號，這艘計劃於2021年起往返於蘇格蘭奧克尼（Orkney）群島之間的渡輪，將成為船用燃料電池技術的里程碑。
由瑞士ABB集團和加拿大巴拉德公司牽頭組建的校企聯盟，已成功將燃料電池功率提升至MW級別，足以應對額定載客量為120人和18輛機動車的HySeas III號的動力需求。
HySeas III的另一個亮點在於，即便是制氫所需的所有電力也都來自於蘇格蘭沿海豐裕的風電以及潮汐發電，這也使得該渡輪真正意義上在整條產業鏈上做到了零碳排放。
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