研究报告全文：中信期货研究专题报告燃料油2023-03-21航运碳中和碳中和政策对航运市场影响五投资咨询业务资格证监许可2012669号甲醇还是氨化工研究团队研究员报告要点胡佳鹏甲醇尿素021-80401741hujiapengciticsfcom从业资格号F3039655本系列专题主要探讨碳中和政策对航运业的影响分为碳中和政策介绍航运业碳排放趋势航投资咨询号Z0013196运业降碳路径航运业降碳影响四个方面本报告聚焦航运碳中和背景下氨和甲醇作为船用燃料黄谦PTA乙二醇021-80401738的前景huangqianciticsfcom从业资格号F3063512投资咨询号Z0014611摘要杨家明燃料油沥青021-80401704碳中和政策大势所趋航运业碳减排刻不容缓船舶能效设计指数EEXI于2023年1yangjiamingciticsfcom月1日正式实施航运业的二氧化碳排放量将每年下降6到2050年降至12亿吨从业资格号F3046931投资咨询号Z0015448国际海事组织IMO于2018年4月通过了航运业温室气体减排初步战略以2008年碳排放为基准提出到2030年将航运业碳排放强度降低402050年碳排放强度降低70碳排放总量降低50的明确目标绿色甲醇绿氨是未来航运碳中和主要燃料二氧化碳排放受船型速度大小船体设计压舱物技术以及使用的燃料类型等因素影响船东将在现有技术条件下根据难易程度选择适合自己的减碳方式比如短期降速使用LNG等中长期随着技术的发展航运减碳必将向替换燃料倾斜例如甲醇氨气和氢气等燃料绿色甲醇绿氨被视为中长期最有增长潜力的航运碳中和替代船用燃料本文重点从密度排放成本可用性产能角度分析对比现阶段技术条件下甲醇较氨更适合作为碳中和航运燃料但随着技术发展零碳燃料氨的优越性将超过甲醇重要提示本报告难以设置访问权限若给您造成不便敬请谅解我司不会因为关注收到或阅读本报告内容而视相关人员为客户市场有风险投资需谨慎中信期货专题报告燃料油目录摘要1一航运业降碳最重要的路径使用低碳燃料4二替换燃料船舶发展9三替换燃料成本对比23四替换燃料综合评价25免责声明34图目录图1船舶燃料变化趋势4图2潜在船用替代燃料的典型理化特性5图3各燃料二氧化碳排放因子5图4各燃料二氧化碳排放单位kgCO2kg燃料6图5井到舱和舱到桨全生命周期排放示意图6图6燃料的全球变暖潜值单位gCO2MJ燃料7图72020年中国化工产业不同行业碳排放量单位千万吨8图8井到桨全生命周期排放单位tCO2t燃料8图9现阶段各主机燃料14图10MAN公司基于柴油机的双燃料引擎14图11投入运行的替代燃料船舶类型和数量17图12新造订单替代燃料船舶类型和数量17图13投入运行的替代船舶燃料占比数量18图14新造订单替代船舶燃料占比数量18图15投入运行的替代船舶燃料占比载重吨18图16新造订单替代船舶燃料占比载重吨18图17LNG动力船队及订单比例载重吨18图18其他替代燃料动力船队及订单比例载重吨18图192050航运燃料占比designrequirements19图20DR路径下新船订单燃料占比20图21OR路径下新船订单燃料占比20图22航运燃料分布预测20图23ALPHALINER船舶订单变化21图24海运公司船舶订单单位百万标箱21图25不同潜在航运燃料价格单位美元百万英热23图26各燃料全交付成本单位欧元兆瓦时24图27各燃料生产成本单位欧元兆瓦时24图282019年替代燃料成本对比24图29基于IMO船舶燃油消耗数据库的替代燃料消耗情况单位吨25图30替代燃料船舶数量单位艘25234中信期货专题报告燃料油图31MARPOL氮氧化物排放限制26图32IMO氮氧化物排放限制值27图33氮氧化物减排技术27图34各燃料氮氧化物排放对比28图35船用替代燃料的供应能力单位29图362050氨需求展望单位百万吨29图372050氨需求展望单位百万吨29图382050氨产量预估单位百万吨30图392050氨航运燃料需求单位百万吨30图40现阶段航运燃料发展阶段30图41各燃料综合评分31334中信期货专题报告燃料油一航运业降碳最重要的路径使用低碳燃料使用低碳零碳燃料是航运去碳化的必然选择潜在的船用替代燃料包括LNGLPG二甲醚甲醇乙醇氢氨生物燃料电制燃料等多种市场共识是从LNG过渡到可再生的氢氨或甲醇目前没有一种替代燃料具有全方位压倒性的优势从而可以完全替代燃油在船用燃料中的中心地位图1船舶燃料变化趋势资料来源DNV中信期货研究所自1897年第一台使用液体燃料的内燃机问世及1910年代柴油机动力装置真正意义上装船应用柴油机燃油驱动的航运业已逾一个世纪传统的燃料选择是比较单一的化石基重质燃料油HFO轻质燃料油LFO或柴油MDOMGO进入21世纪随着国际防止船舶造成污染公约MARPOL公约附则VI的生效实施和累次修正船舶废气排放中的氮氧化物NOx硫氧化物SOx颗粒物PMCO2等逐渐被纳入不断严格的监管之中低硫燃油LSHFO液化天然气LNG液化石油气LPG等替代燃料的应用成为船舶减少排放的选项之一尤其是随着IMO船舶温室气体减排初步战略的通过及船舶能效碳强度等方面法规的生效实施通过应用低碳零碳燃料同步减少NOxSOxPMCO2排放成为当前的讨论热点对于水路运输燃料而言学术界工业界研究和讨论的替代燃料包括LNG主要成分为甲烷LPG主要成分为丙烷和丁烷二甲醚DME甲醇乙醇氢气H2氨气NH3合成燃料SyntheticFuels生物燃料Biofuels电434中信期货专题报告燃料油制燃料e-fuels或Power-to-X等其中合成燃料生物燃料电制燃料均是比较宽泛的概念例如合成燃料可能包括化石基或生物质基的合成甲醇合成氨合成汽油Fischer-Tropsch柴油等生物燃料可能包括生物甲烷生物甲醇乙醇生物二甲醚生物柴油等而生物柴油又包括脂肪酸甲酯FAME脂肪酸乙酯FAEE纯植物油SVO加氢植物油HVO或HDRD等电制燃料是以可再生电能为输入以电解制氢技术为基础的合成燃料可能包括电制甲烷电制甲醇和电制氨等合成的生物质的或电制的某种燃料可认为与对应的化石基燃料有近似的理化性能各种燃料的典型理化特性如图所示图2潜在船用替代燃料的典型理化特性燃料分子式沸点空气中的自燃点空气中的可燃极限vol质量能量密度MJkg体积能量密度GJm仓储温度储罐体积柴油CnH2nCnH2n2n10-15180-37021006-75428366常温1LNGCH4-16254050-150486208-162159LPGC3H8C4H10-4245021-95461248-42135甲醇CH3OH6546467-360199158常温233乙醇C2H5OH7836533-190267211常温175DMECH3OCH3-2535034-270288192常温191液氢H2-25358540-75012085-253412液氨NH3-33651150-280186126-34276资料来源世界海运中信期货研究所图3各燃料二氧化碳排放因子燃料消耗燃料排放因子gkWh燃料gkWhCO2CH4N2OSOxNOxPMLSHFO1795410010027323158072LNG1504123002600031170027液氢57000000甲醇3815220003050液氨38100NA0NA0资料来源世界海运中信期货研究所534中信期货专题报告燃料油图4各燃料二氧化碳排放单位kgCO2kg燃料燃料类型低热值kJkg碳转换系数单位碳排放低热值kJg单位低热值碳排放量gkJ降碳潜力重轻柴油42700320613318801502307轻燃油LFO4120031511307520153127重燃油HFO402003114129094015490丙烷LPG463003154333012961635丁烷LPG45700303150825013261441液化天然气LNG48000275174545011462604甲醇19900137514472701382108乙醇26800191314009401428785资料来源世界海运中信期货研究所考察各种燃料的理化性能其在内燃机燃料电池等终端设备中使用在技术上是完全可行的燃料电池虽然没有热化学反应且效率较高但其功率容量经济性可靠性耐久性还面临诸多挑战对于大型商船而言应用前景尚不明朗可以预期内燃机仍是主流选择而就内燃机燃用各种燃料的环境表现而言SOxPM排放均可忽略不计只要存在燃烧反应NOx排放就不可避免但生物柴油氨气作为燃料时的NOx排放甚至高于传统的柴油燃料油就CO2排放而言单纯地讨论燃烧排放没有意义同步考虑上游的井到舱Well-to-TankWtT和下游的舱到桨Tank-to-WakeTtW全生命周期排放图5井到舱和舱到桨全生命周期排放示意图资料来源LongspurResearch中信期货研究所634中信期货专题报告燃料油目前还需等待IMO的LCA导则的生效实施才能具备强制性的科学的方法指导各种燃料的全球变暖潜值GlobalWarmingPotentialGWP燃料的原料生产过程显著影响其生命周期温室气体排放同时基于生命周期评价赋予各种替代燃料生命周期标签FuelsLifecycleLabelFLL也能有效避免直接将氢氨简单认可为零碳燃料或忽视了生物柴油可再生甲醇等的零碳属性比较航运燃料时考虑四个问题密度排放成本和可用性目前的分歧主要在于供应安全是否有保障及经济上是否可行各种燃料有其具有优势的船型航线和地域但就海洋运输而言短期以LNG作为过渡燃料中长期重点发展可再生氨气和甲醇对未来以氢能或核能驱动航运业保持审慎乐观这应该算是现阶段业界的共识生物质燃料始终存在与粮食农作物耕地淡水资源等的竞争以及地理分布不均衡显著受到气候条件的影响等挑战但并不排除其在局部细分市场的应用潜力此外生物质也是生产可再生氢氨甲烷甲醇柴油的原料之一因此可作为可再生燃料生产原料的重要补充图6燃料的全球变暖潜值单位gCO2MJ燃料250200150100500柴油aLNGb生物甲烷cLPGa甲醇b甲醇d甲醇e生物柴油hHVObDMEe氢气i氢气b氨气b氨气d上游排放WtT下游排放TtW资料来源世界海运中信期货研究所生产原料a石油b天然气c市政固体垃圾d煤e森林残渣f甜菜g农业残渣h油菜籽i基于风电的水电解现阶段柴油井到舱Well-to-TankWtT远小于下游的舱到桨Tank-to-734中信期货专题报告燃料油WakeTtW排放全生命周期排放水平远小于甲醇尽管氨气Ttw排放为零但WtT排放较高全生命周期排放水平高于甲醇居所有燃料之首意味着现阶段甲醇氨全生命周期排放高于柴油和燃料油甲醇氨的生产降碳刻不容缓绿色甲醇绿氨燃料减碳效果显著图72020年中国化工产业不同行业碳排放量单位千万吨2520151050氨炼油甲醇碳化钙煤气煤液化乙烯苛性碱对二甲苯碳酸钠煤制乙二醇资料来源Statista中信期货研究所图8井到桨全生命周期排放单位tCO2t燃料181614121080604020Bio-LNGGreenHydrogenGreenMethanolGreenAmmoniaLNGVLSFOGreyMethanolGreyAmmoniaGreyHydrogen-02资料来源ABS中信期货研究所834中信期货专题报告燃料油二替换燃料船舶发展LNGLPG动力船舶自2003年世界首艘LNG动力的平台供应船StrilPioner交付运行到2022年底世界LNG动力船舶已达355艘另有515艘LNG动力新造船订单LNG是中短期主流的船用替代燃料选择同为化石基替代燃料LPG动力的现有船48艘新造船订单也达到79艘但LPG动力船舶目前仅限于LPG运输船气体运输船和乙烷运输船三种船型MARPOL公约附则VI的生效实施对船舶SOxNOxPM挥发性有机物VOCs等的排放作出了限制而发动机燃用LNG基本不存在SOxPM排放NOx排放最多可降低90对LNG运输船还解决了货舱蒸发气排放或再液化的难题尤其是化石基LNG与船用燃油在经济性上具有竞争力一时之间LNG作为船用燃料受到追捧LNG来源包括天然气生物质及基于可再生电力的H2和CO2的合成为便于储运天然气通常在常压-163条件下液化为LNG此时体积将变为气态时的1600理论上发动机燃用LNG相比燃油可减少2025的碳足迹但由于燃烧效率甲烷逃逸等原因温室气体减排量通常低于20即便如此对于零碳航运而言化石基LNG也只能作为一种过渡燃料生物质甲烷或电制甲烷均可作为替代但目前其燃料成本分别为化石基LNG的153倍和310倍而且产量相对有限化石基LPG同样作为一种过渡燃料目前在部分LPG运输船乙烷运输船上作为燃料应用但预期并不会扩展应用到更广泛的船舶类型中且不会有更长远的应用前景在所有替代燃料方案中LNG燃料压倒性的领先其他各种替代燃料LNG作为一种替代燃料其碳排放量较传统燃料减少约20考虑到其技术成熟度燃料可得性加注网络完善性等特点一直被认为是实现2050减排大目标的首选转型燃料但欧盟碳配额交易等法规的预期使得船东对传统LNG燃料的碳排放量更为敏感同时当前LNG价格高企也意味着实际船东很少对LNG动力船舶进行加注使用据InternationalEnergyAgency统计数据2020年全球LNG年产量155EJ1EJ1018J2388Mtoe百万吨油当量约31亿t均为化石基年消费量735EJ其中运输行业消费量为52EJ据DNV的EnergyTransitionOutlook20222020年海运行业LNG消费量在其整个能源消费中占比约5到2050年这一比例有望达到19全球LNG供应是充足的经过十余年的发展LNG作为船用燃料其基础设施发展也取得了长足的进步据DNVAlternativeFuelsInsight平台统计全球投入运行的LNG加注终端已达142个包括加注驳船加注罐车加注储罐本地储罐等大规模的LNG储存基础设施超过180个拟建设或正在讨论中的加注终端和大规模储存基础设施也超过170个氢动力船舶氢是地球上最简单最丰富的元素且在所有燃料中具有最高的质量能量密934中信期货专题报告燃料油度但氢通常是以化合物的形式存在也就意味着氢的提取需要消耗能量氢的生产原料包括天然气煤生物质和水且具有多种不同的工艺流程氢的运输储存和配送显著受到其体积能量密度的影响对于20MPa70MPa的压缩氢气和常压低温-253下的液化氢而言体积能量密度分别为柴油的50123和232对于同样的能量释放其体积需求分别是柴油的20181和43倍考虑加压或制冷条件下燃料围护系统更大和更规整的空间需求船舶的有效载货容积将在一定程度上被削减就终端使用而言氢内燃机的有害排放仅有NOx但其功率容量燃烧运转平顺性方面在技术上仍然存在较大的挑战也就是说氢的储运和终端使用具有比LNG更严苛的要求当前氢动力船舶主要以氢燃料电池作为混合动力系统的小型船舶或以氢燃料电池作为辅助发电装置应用为主全球范围内的应用示范船舶有数十艘其中比较典型的应用包括德国渡轮Alsterwasser荷兰渡轮NemoH2挪威液氢动力轮渡MFHydra法国EnergyObserver美国SeaChange中国蠡湖号等而以氢内燃机作为动力的船舶目前仅见2022年10月交付的比利时拖轮Hydrotug1配置的2台BeH2ydro12DZD-DF四冲程内燃机可燃用氢气和柴油总功率达4000kW氢气可使用SMR加上ccs或者电解生产可以认为在生产角度氢气是最便宜的燃料但从运输和储存角度氢气较昂贵液氢可以击败氨甲烷但是甲醇的运输成本最低据BP的EnergyOutlook2022当前全球氢气年产量约7000万t但来源主要为天然气煤和石油2030年全球氢气年产量有望达到1亿t2050年达到3亿4亿t且随着全球化石基能源向水能风能太阳能核能等清洁能源转型氢气供应将以低碳蓝氢和绿氢为主据DNV的EnergyTransitionOutlook2022到2050年全球能源构成当中的化石能源有望从当前的超过80下降到略高于50只有当全球能源结构实现低碳转型可再生甲醇氨等绿氢衍生物的可靠供应才能成为现实全球各港口氢加注和接驳基础设施基本处于空白状态且其建设难度和成本预期高于LNG基础设施因此其发展还有很长的一段路要走预计氢的储运主要以其衍生物氨的形式进行且LNG基础设施转换为氨基础设施是完全可行的氨动力船舶受限于氨燃料发动机目前还未商用在氨动力船舶的开发方面目前多家船舶设计公司造船厂航运企业的氨动力或氨预留船舶设计已经获得船级社的原理性认可ApprovalinPrincipleAiP证书也有多家船东公司宣布了开展氨动力船舶的开发包括VLCC拖轮驳船平台供应船等据不完全统计近三年来全球氨动力船舶开发项目超过60个其中已获得船级社AiP证书的船型设计已超过42项基于所统计的氨动力船舶开发项目就船舶类型而言排在前几位的是油轮气体运输船散货船和氨燃料加注船就项目分布的国家而言排在前几位的分别是日本挪威中国韩国和新加坡就授予AiP证书数量而言1034中信期货专题报告燃料油排在前几位的船级社分别是LRClassNKDNV和ABS对于远洋运输而言相比于可再生甲烷氨和甲醇等氢的衍生物使用氢作为船用燃料目前来看还缺少竞争力当然如果液氢压缩氢运输船队能得到一定的发展这类船舶使用氢作为船用燃料具有天然的优势但目前来看以氨作为载体来运输氢似乎更有竞争力氨是一种重要的全球性商品据IRENA的InnovationOutlookAmmonia2022全球氨的年产量达到183亿t其中85用于氮肥生产2020年全球45的氢消费3300万t用于氨生产碳中和背景下氨将用于海运和陆地电厂的零碳燃料预计到2050年全球氨需求将达到7亿t其中船用替代燃料需求将达到2亿t然而目前的氨生产主要基于化石原料其中72来自天然气22来自煤其余来自石脑油和重质燃料油2021年全球可再生氨产量还不到2万t到2030年可再生氨产能有望达到1500万t按巴黎协定设定的15温控目标到2050年可再生氨产能要达到57亿t才能满足需求基于可再生氢和清洁能源进行绿氨生产将是未来的努力方向此外据DNVAlternativeFuelsInsight平台统计全球投入运行的氨接驳终端已达215个具备较好的氨储存和加注基础设施建设基础氨是全球范围内产量最大的合成化学品但目前主要用作化肥生产氨的生产原料是氢气和氮气通常基于Haber-Bosch过程在铁基催化剂300500的高温和2035MPa的高压条件下反应而成其他的氨合成工艺包括电化学过程和光催化过程氢气的生产如前所述而氮气通常采用变压吸附PSA或膜过滤技术从空气中分离得来虽然氨本身是无碳燃料但绿氨的获得还是取决于所使用的生产原料和生产过程中可再生能源的使用由于氢气是氨的主要生产原料因此根据制氢过程中碳排放量的不同也可以将氨进行颜色分类灰氨使用传统化石能源天然气和煤制成蓝氨生产原料氢由化石燃料提炼而来但在提炼过程采用碳捕捉和封存技术CCS蓝绿氨甲烷热解过程将甲烷分解成氢和碳使用绿电将该过程中回收到的氢气作为原料制氨绿氨通过风能太阳能等可再生能源发电所产生的绿电电解水产生氢气再由空气中的氮气和氢气合成氨大规模的氨通常在常压和-33条件下液化储存而少量的氨则采用与LPG类似的储运方式常温加压至8bar存放于不锈钢压力容器中液氨具有较高的爆炸风险和毒性储运安全考量尤其重要就终端使用而言较高的自燃温度较低的火焰传播速度较窄的可燃极限较高的NOx排放都是氨燃料发动机开发中所面临的挑战1134中信期货专题报告燃料油灰氨主要由天然气蒸汽重整氢气及空气分离的氮气再通过传统哈伯法Haber-Bosch进行合成传统的Haber-Bosch合成NH3工艺包括使用蒸汽甲烷重整SMR生产H2其占全球年能耗的1-2导致每年约235亿吨CO2排放这些CO2排放中约80源自H2的生产通过能源密集型SMR工艺与空气中的N2反应生成形成NH3由于作为SMR直接排放CO2因此该工艺难以脱碳传统的Haber-Bosch工艺已经沿用上百年对环境造成了较大的影响蓝氨工艺与灰氨基本相似但会对工艺流程进行碳捕集与封存CCS绿色制氨可再生氨工艺主要指全程以可再生能源为动力开展的电解水制氢及空气分离制氮再通过Haber-Bosch法制氨的过程即通过绿氢制备绿氨使用水电解制备H2为通过低碳电源进行水的电解制备后仅产生H2和O2即H2OH2O2因此用可再生能源驱动的水电解代替SMR工艺以获得用于Haber-Bosch工艺的绿色H2可以实现NH3合成的大量脱碳此外绿色H2的使用可以促进小规模模块化的NH3合成这也将更有利于可再生能源进行能源的整合并提高肥料的获取和分配平衡蓝氨BlueAmmonia是制造蓝氢Bluehydrogen的原料蓝氢是一种从化石燃料中提炼出来的燃料其提炼过程可以捕获和储存二氧化碳的排放因此作为无碳排放可再生能源的氢被称为绿色氢复杂些说液氨能够溶解某些金属生成一种呈现蓝色溶液这种蓝色的金属液氨溶液能够导电并且缓慢分解释放出氢气具有较强的还原性金属钠溶解在液氨中时失去它的价电子生成正离子当溶解有金属钠的液氨被加热至800850在镍基催化剂的催化作用下将氨分解为H2和N2可以得到含75H225N2的混合气体挪威独立研究机构SintefOcean的研究人员指出如果要生产足够的绿色氨来供航运业使用那就需要大量的可再生能源这意味着世界上几乎所有的风能太阳能和水利发电都将仅用于生产足够的氨挪威媒体Finansavisen对SintefOcean的观点表示赞同如果所有的远洋航运都将氨作为无碳燃料那么每年将需要约500至600万吨的氨是当今全球生产量的三至四倍而要达到氨生产量目标将需要1亿吨的氢气以及大约6000太瓦时terawatt-hours的可再生能源在工艺成本方面由于NH3的价格很大程度上取决于H2的价格具有成本竞争力的绿色H2生产将是加速绿色NH3经济所必备路径根据所使用的每种水电解器的绿色H2价格的变化来评估绿色NH3生产可行性的进行技术经济分析TEA必不可少在经济性方面耶鲁大学BoreumLee等建立了研究模型进行使用主要电解技术即AWEPEMWE和SOE生产绿色NH3的经济预测和环境影响评估据其预测在2050年前碱性水电解AWE聚合物电解质膜水电解PEMWE和固体氧化物水电解SOE三种中的任何一种绿色NH3合成工艺都均将与传统Haber-Bosch工艺相竞争由于绿色氨合成工艺相关的CO2排放量较低因此CO2税对绿色NH3生产的成本影响相对较小此外鉴于对与CO2排放相关的全球环境问题日益凸显由于对传统NH3生产产生的CO2排放罚款未来CO2税的采用货币膨胀等因素将导致绿色NH3合成的平价年提前考虑到碳1234中信期货专题报告燃料油的价格与没有碳定价政策的情况相比绿色NH3的经济平价可以提前十多年实现总体来看根据科学家预测未来在碱性水电解AWE聚合物电解质膜水电解PEMWE和固体氧化物水电解SOE三种类型中固体氧化物水电解SOE与Haber-Bosch工艺相结合可能成为未来大规模绿色NH3生产最有潜力的工艺类型近年来全球能源巨头争相布局并争夺绿氨市场其中使用电解水供应绿氢的绿色NH3合成项目近两年已经被AirProductsSiemensOCPThyssenKrupp和Fertiberia等大型公司商业化国内方面我国国家能源集团国电投京能集团等也已布局多个绿氨示范项目根据亚化咨询中国绿氨产业链年度报告2022数据显示目前全球已布局超过40个绿氨项目如美国能源部REFUEL计划丹麦商业化绿氨工厂中东Neom项目澳大利亚AREH项目等全球绿氨规划总产能超过1500万吨年尽管氨作为燃料在船上的实际应用尚未真正开始却是航运业实现零排放最具潜力的燃料首先氨是氮与氢的化合物由于不含碳因此在用作船用燃料时不会排放任何CO这创造了零碳推进的可能性其次从能量密度来看氨的体积能量密度与甲醇相似约为传统化石燃料的13从而使得氨燃料在船上存储具有相对经济可行性第三氨的液化需要较少的冷却在常压下-33C左右或者常温在1MPa左右即可成为液态便于存储和运输但不可忽视的是氨是一种有毒物质并且对某些金属材料存在腐蚀性这较传统船用燃料而言更加危险此外氨燃烧时会排出具有刺鼻恶臭的一氧化二氮该物质也是较强的温室气体这也是在技术上需要解决的问题与此同时与甲醇当前的生产状况类似氨绝大部分是通过工业生产合成的在此过程中不可避免要产生CO这种氨只能称为灰氨如果在源头生产过程中捕捉CO将可获得蓝氨生产绿氨则需要利用绿色电能电解水等方式获取氢再将氢与空气中的氮气合成氨燃料发动机目前还未见商用但WartsilaMANEnergySolutionsWinGD等主要的船用发动机生产商均在积极推进氨燃料发动机的研发2022年9月Wartsila四冲程中速多燃料发动机W25型发动机成功发布该发动机可燃用柴油和LNG预期到2023年可燃用氨燃料二冲程低速发动机生产商MANEnergySolutionsWinGD均计划在20242025年推出自己的氨燃料发动机挪威海工船船东Eidesvik和瓦锡兰将对一艘海工辅助船OSV进行改装改装后这艘船舶将使用氨燃料发动机并配有所需的燃料供应和安全系统该船初步计划将会在2023年底完工使用70氨混合燃料发动机另外日本航运公司饭野海运下单订造日本首艘氨燃料预留LPG动力氨气运输船这艘新船将由韩国现代尾浦造船建造计划在2023年12月交付运营所以全球首艘氨燃料动力船舶将会在2023年实现突破未来氨燃料船舶工业将会有十分广阔的空间2022年3月上海船院研发的中国首创首款氨双燃料动力7000车位PCTC获得DNV颁发的原则性认可AiP证书2022年10月该院研发的5万吨氨双燃料动力MR型油船化学品船获颁意大利船级社RINA授予的AiP证书今年2月该院研发的全球首创85万载重吨氨双燃料动力散货船又摘得中国船级社CCSAiP证书1334中信期货专题报告燃料油2021年一些新造船订单采纳一种便于在今后改装成可增加氨驱动Ammonia-ready的设计在这一年的新订单中有34艘船舶选用这种设计但是氨燃料双动力主机现在仍在研发阶段还没有成型的产品推出根据主机厂商的信息首台可燃烧氨的主机要到2023或2024年才会正式面世据HydrocarbonProcessing杂志当地时间2月20日报道西班牙石油公司CEPSA与三家荷兰公司签署了一项协议向鹿特丹港的码头供应绿氨这是对欧洲降低排放新兴技术的最新举措以可再生能源中提取的氢为原料通过制取得到绿氨而绿氨也可以在运输绿氢方面发挥作用两者相辅相成鹿特丹港表示通过此次合作预期到2023年将有能力向西北欧每年供应460万吨氢气提高欧洲的能源独立性合作一方的三家荷兰公司分别是HESInternationalGasunieWaterstofHolding以及VopakLNG他们正在鹿特丹开发ACE终端ACE将是欧洲最大的绿氨终端与使用化石燃料制造的氨不同绿氨可以通过电解水中的氢和从空气中分离出的氮来制造并广泛用于化肥生产荷兰正在大力投资氢基础设施以取代天然气西班牙也渴望成为能源领域的主要参与者向荷兰提供补给以补充其产量Cepsa的目标是在2027年开始从西班牙出口第一批绿色氢应用范围将涵盖可持续海洋燃料和氢作为最终产品并计划向西班牙南部的绿氢项目投资30亿欧元图9现阶段各主机燃料图10MAN公司基于柴油机的双燃料引擎FueltypesME-CME-GIME-GAME-GIEME-LGIMME-LGIPFueloilLNGRetrofitRetrofitRetrofitRetrofitLEGEthaneRetrofitRetrofitRetrofitRetrofitMethanolRetrofitRetrofitRetrofitRetrofitLPGRetrofitRetrofitRetrofitRetrofitAmmoniaRetrofitRetrofitRetrofitRetrofitRetrofit资料来源ABS中信期货研究所资料来源ABS中信期货研究所氨可作为氢的载体绿氨作为储运氢的载体可实现氢的低成本远洋运输到2030年绿氢的产量将增长至770万吨氨作为氢的载体达100万吨氨的特性适合储运氢氨比氢气更容易液化常压下氨气在-33C可以液化而氢气需要低于-253C且同体积的液氨比液氢多至少60的氢氨的储运基础设施完善氨有管道船舶等多种运输方式其中通过液氨运输一千克氢的远洋运输的成本为01-02美元低于通过管道和轮船的氢运输渠道氨可以作为无碳燃料绿氨是未来航运业脱碳的主力燃料之一在目前关注度较高的零碳能源中绿氨动力船舶能量密度大大高于氢气且可利用现有氨供应链和基础设施在集装箱船等大型船舶远航领域具有较好的推广应用前景航运业内普遍认为绿氨是未来1434中信期货专题报告燃料油航运业脱碳的主力燃料之一据英国劳氏船级社预测在2030-2050年间氨能作为航运燃料的占比将从7上升为20取代液化天然气等成为最主要的航运燃料其次为氢能占比从2030年的8上升为19与氨能的重要性相当氨可以掺混发电实现全球可持续发展愿景下推进火电机组掺烧氨或纯氨等低碳燃料是发电领域碳减排的重要技术方向掺混燃烧发电能够为煤电厂提供减碳方案弥补可再生能源发电的不稳定性保障电力安全以及为可再生能源生产条件不利的国家提供减碳的替代方案由于日本能源结构等因素影响日本在氨能的开发利用上走在前沿日本在2021年制定了2021-2050日本氨燃料路线图到2040年左右建设纯氨发电厂中国燃煤锅炉混氨实现35掺烧比例对于氨燃烧的反应动力学机理仍处于不断验证改进阶段掺氨发电技术在燃煤发电厂的商业化进程中仍面临挑战甲醇动力船舶截至2022年底甲醇动力的现有船24艘其中新造船21艘均为50000载重吨级的化学品油轮另有3艘改装船分别为滚装客船拖轮或引航船现阶段均以化石甲醇作为燃料2022年甲醇动力新造船订单增长迅猛目前已达58艘其中Maersk公司宣布订造的12艘16000TEU标箱和6艘17000TEU甲醇燃料集装箱船CMACGM公司宣布订造的6艘15000TEU甲醇燃料集装箱船中国远洋海运集团宣布订造的12艘24000TEU甲醇双燃料动力集装箱船招商轮船宣布订造的2实船4艘选择权船9000TEU标准车位甲醇双燃料汽车滚装运输船等系列订单尤其受到业界关注与此同时2022年Maersk与CIMCENRICEuropeanEnergyGreenTechnologyBankOrstedPromanWasteFuel德博能源CarbonSinkSunGasRenewables等9家单位达成了绿色甲醇合作伙伴关系锁定了年均超过140万t绿色甲醇供应据IRENA的InnovationOutlookRenewableMethanol2021当前全球甲醇年产量约1亿t几乎全部来自天然气煤等化石燃料可再生甲醇的年产量不到20万t主要为生物甲醇据MethanolInstitute统计目前全球范围内可再生甲醇生产基础设施建设项目超过80个预计到2027年可实现800万t的年产量当前的可再生甲醇生产基础设施建设项目主要分布在中国丹麦德国美国等国家虽然通过供应链网络构建和甲醇的海上运输可再生甲醇生产基础设施的分布不是主要障碍但基于供应链网络优化的视角推动在主要贸易航线和关键节点港口布局可再生甲醇生产基础设施仍然十分重要据DNVAlternativeFuelsInsight平台统计当前全球范围内投入运行的甲醇接驳终端已达130个接驳终端数量排在前几位的中国欧洲北美和中东分别达到382919和16个未来甲醇的应用主要还是基于生物质甲醇尤其是利用风能太阳能水能核能等清洁能源和捕集CO2合成电制甲醇的发展CO2来源和生产成本是甲醇动力航运发展的主要障碍1534中信期货专题报告燃料油甲醇是一种关键基础化学品主要用于生产甲醛乙酸和塑料等其他化学品同时甲醇也是一种用于车辆船舶工业锅炉的低闪点液体酒精燃料与传统燃料相比可再生甲醇可减少高达95的CO2排放和80的NOx排放且完全没有SOx和PM排放甲醇有一定的毒性吸入暴露和皮肤接触均会造成人员的中毒反应由于较强的挥发性和生物可降解性其对人类健康海洋和大气环境的威胁要低于燃油和氨甲醇的生产原料主要是天然气和煤但生物质森林残渣市政固体废弃物捕集的CO2等都可以作为甲醇的生产原料其主要的生产路径为H2和一氧化碳CO或H2与CO2的合成合成气H2COH2CO2和生产用能的来源就决定了甲醇的碳足迹和成本化石甲醇与船用燃油具有可比的燃料成本绿色甲醇的燃料成本却高出810倍但未来有望降至23倍甲醇引擎TtW排放相较油可削减CO2排放10当考虑到天然气产甲醇完整周期WtW时CO2排放可能较油更多甲醇的NOx排放比高硫燃油低30甲醇常温液体安装甲醇系统的花费约为LNG系统的13这是因为不需要低温材料压力储罐相较于其他气体燃料甲醇属低闪点液体燃料相对易于运输储存和配送对现有船用燃料储运设施稍作改造即可建立完整供应链甲醇燃料内燃机技术相对成熟在车辆船舶上均有多年的应用经验MANEnergySolutionsWinGDWartsilaRolls-RoyceCaterpillar等主要的船用发动机生产商均开展了甲醇发动机的研发或生产国内淄柴动力中船动力等甲醇发动机也在研发中值得一提的是MANME-LGIM是目前市场主流应用的机型缸径有508095三个系列缸数可为612缸功率范围582MW基本可以覆盖各种类型各种大小远洋船舶的功率需求全球超过120个港口供应甲醇作为燃料供应超过20艘船只成为全球第四大船用燃料原因之一是甲醇可以在常温常压下以液体形态使用现用基础设施储存和运输船舶燃料加注也可以实现对于国内的船厂和船东甲醇是一种兼具短期和长期效益的理性选择通过使用甲醇船东可以在现有船舶和新造船舶上使用目前市场上商业化可供的最清洁的燃料随着越来越多的再生在甲醇项目投产船东可以混合使用更低碳排放的甲醇燃料并最终切换为完全碳中和的甲醇燃料在法规上国际海事组织已经批准了甲醇燃料的船舶的安全导则包括中国船级社在内的国际船级社船旗国港口国家和船运公司已经接纳甲醇作为一种安全合规和高效的船舶燃料在造船经验和作为替代燃料的应用上甲醇已经获得3-5年的关键领先期使得船舶运营商使用甲醇在达到减排目的的同时在不同的阶段实现低运行成本和资本成本投入最近高涨的兴趣反映出甲醇在燃料就绪程度法规建立船舶设计和发动机可供性方面的进步这同样证明了船东对于采取降低污染物排放行动的意愿许多船东已经开始行动而非对其他长期选项进行观望克拉克森统计今年前两个月报出的45艘新船订单中24艘为甲醇燃料动力其优势在于甲醇为常温常压状态下为液态燃料储存和处理简单通过可再生方式制取可实现绿色甲醇碳排放量近乎为零此外在不考虑燃料成本的前提下甲醇燃料的船舶建造安装成本比LNG燃料更低但甲醇燃料的商业1634中信期货专题报告燃料油化推广需要解决大范围量产包括原材料来源的问题目前来看绿色甲醇的生产成本较高据DNVAlternativeFuelsInsight平台统计替代燃料船舶数量在现有世界船队中占比为047所应用的替代燃料包括LNGLPG甲醇和氢气四种类型但从新造船订单来看这四种类型的替代燃料船舶数量占比达到1305世界船队中已投入运行的替代燃料船舶的类型和数量新造船订单中替代燃料船舶的类型和数量如图所示图11投入运行的替代燃料船舶类型和数量9080706050403020100散货船集装箱船原油船化学品油轮气体运输船杂货船邮轮客滚渡轮汽车运输船平台供应船拖轮渔船其他LNGLPG甲醇氢资料来源DNV中信期货研究所图12新造订单替代燃料船舶类型和数量250200150100500散货船集装箱船原油船化学品油轮气体运输船杂货船邮轮客滚渡轮汽车运输船平台供应船拖轮渔船其他LNGLPG甲醇氢资料来源DNV中信期货研究所1734中信期货专题报告燃料油图13投入运行的替代船舶燃料占比数量图14新造订单替代船舶燃料占比数量LNGLNG016452LPG067Worldfleet其他MethanolOrderbook其他Methanol99610390019027973047Ammonia002BatteryBatteryHydrogen022399006资料来源DNV中信期货研究所资料来源DNV中信期货研究所图15投入运行的替代船舶燃料占比载重吨图16新造订单替代船舶燃料占比载重吨BatteryHybridLNGLPG3020006006Methanol196Worldfleet其他Orderbook其他926473666813319LPG152LNG528Methanol145BatteryHybrid002资料来源DNV中信期货研究所资料来源DNV中信期货研究所图17LNG动力船队及订单比例载重吨图18其他替代燃料动力船队及订单比例载重吨资料来源克拉克森中信期货研究所资料来源DNV中信期货研究所1834中信期货专题报告燃料油截止2023年3月初克拉克森对不同燃料类型的统计中LNG燃料以数量计共1733艘而如果除去使用LNG作为燃料的LNG船共计905艘船甲醇燃料共109艘其他替代燃料类型总计869艘船包括同样作为运输货物的LPG和乙烷燃料氨氢等燃料被广泛认为是未来零碳燃料的选择但应用仍存在技术门槛目前仅少数船舶为氢燃料动力氨动力船舶尚无新造船订单但有燃料预留2019年后LNG动力船舶订单其他类型替代燃料动力船舶订单持续高速增长投入运行和新造订单替代船舶燃料中LNG占比最大LPG甲醇燃料船只订单也逐渐增多载重吨占比中LNG占比达到302证明LNG作为过渡燃料被市场认可的地位LPG甲醇燃料也开始走入市场DNV预计2050年DR路径下LNG作为航运燃料的占比能达到41其次是氨25高硫燃油10低硫燃油和柴油9等图192050航运燃料占比designrequirementsAdvancedbiodieselLiquefiedmethaneLPGHydrogen400bioelectro100100Electricityfrom200grid700LSFOorMGO900LNG4100HFOandscrubber1000Ammonia2500资料来源DNV中信期货研究所1934中信期货专题报告燃料油图20DR路径下新船订单燃料占比图21OR路径下新船订单燃料占比资料来源DNV中信期货研究所资料来源DNV中信期货研究所但其他机构预测2030年后甲醇氨气的船用燃料占比将持续提升2050年LNG将与甲醇氨成为占比超过60的航运燃料为实现2050年航运业碳排放总量降低50的目标克拉克森模型显示随着技术突破2030年后其它替代燃料如氨氢其他绿色低碳燃料将会快速发展而到2050年新签订单将全部使用替代燃料订单才能达成目标这也意味着到2030年全球船队中26的船舶吨位需要使用替代燃料这一比例在2050年将上升至85克拉克森模型显示传统燃料及LNG燃料动力船舶将在2030年左右加速淘汰到2050年传统燃油动力船舶将基本退出运营图22航运燃料分布预测资料来源ABS中信期货研究所2034