客观日本

应对全球气候变化,日本欲造新船运输二氧化碳

2024年09月09日 能源环境

8月26日《日本经济新闻》报导说,日本最大造船公司今治造船和日本最大海运公司日本邮船等7家公司将开发运输船,共同致力于二氧化碳(CO₂)的海运业务。随着脱碳共识在全球取得进展,因应地下储存CO₂的运输需求扩大。通过船舶设计的标准化等降低成本,在日本实现CO₂运输船的大量建造。

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CO₂液化运输船

这是日本船运业应对全球气候变化,减少碳排放的一项重要举措。

要理解这一报导,有必要梳理以下几个问题:与CO₂运输相关联的技术、市场、以及前景;CO₂液化运输专用船舶及其制造,以及日本在该领域的地位。

首先,我们了解一下减少碳排放的技术,即碳捕集、利用与封存(CCUS)技术。该技术是减少CO₂排放、应对气候变化的重要手段。它涉及CO₂捕集,然后将其用于各种工业应用或将其安全地储存在地下,以防止CO₂进入大气。

碳捕集(Carbon Capture)又分为“工业捕集”与“直接空气捕集(Direct Air Capture, DAC)”两部分。前者是捕集大型工业设施(如电厂、钢铁厂、水泥厂)排放废气中的CO₂,常用的技术包括化学吸收、物理吸收、膜分离和冷凝等;后者则从大气中直接捕集CO₂,适用于减少大气中现有的CO₂含量。

碳利用(Carbon Utilization)的工业用途为制造化学品、燃料、建筑材料等。例如,CO₂可以用来生产碳酸饮料、肥料(尿素)和合成燃料。以及“增强型油气采收(Enhanced Oil Recovery, EOR)”,即注入CO₂到老化油田中以提高石油采收率,同时部分CO₂被永久封存。

碳封存(Carbon Storage)可分为“地质封存”与“海洋封存”。前者将捕集到的CO₂注入到地下的深层岩层、枯竭的油气田或盐水层中,封存于地下数千年。后者,则把CO₂注入海底,这种方法存在一定的环境争议,因其可能影响海洋生态系统。

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北海道苫小牧CCS示范项目,图片出自 经济产业省资源能源厅官网

随着全球碳减排目标的推进,CCUS技术的需求将急剧增加。特别是在重工业、化石燃料发电和化工行业,CCUS可能成为减少碳足迹的关键手段。尽管目前CCUS技术仍面临一些挑战,如高成本和技术复杂性,但随着技术进步和政策支持的增强,CCUS将在未来几十年内扮演越来越重要的角色。在应对气候变化的过程中,CCUS不仅能帮助减排,还能创造新的经济机会,推动能源和工业领域的转型。

随着全球碳排放市场的扩大,CO₂的跨国运输也就成为了时代的召唤。

CO₂液化运输需要专用船舶。这类船舶通常被称为液化二氧化碳(LCO₂)运输船。由于CO₂在液化状态下需要在低温(LCO₂通常在-50℃到-60℃的低温下储存)和高压(LCO₂的运输压力通常在6-8 MPa范围内)条件下运输,这种船舶需要具备特定的技术和设备,以确保运输过程的安全性和效率。譬如,具备低温储罐系统,能够维持这些极低温度。有强大的结构和高效的压力控制系统,为了防止冷量损失和LCO₂蒸发,船舶通常需要采用高效的绝热材料来覆盖储罐,并配备先进的监控和应急处理系统,以应对任何可能的泄漏或其他突发状况。

那么,建造一艘LCO₂运输船需要多少费用呢?一般来说,LCO₂运输船的大小会影响成本。较小的船舶(例如几千到几万吨级)可能需要1亿至2亿美元左右,而更大型的船舶(例如超过5万吨级)费用可能会更高。LCO₂运输船需要具备特殊的低温储存和高压管理系统,这些技术需求增加了建造成本。通常,这些技术含量较高的船舶,每艘的成本可能在1.5亿到3亿美元之间。在考虑到材料与设备,设计与研发成本,对于新型船舶,可能需要投入额外的几千万美元进行研发和测试。

显然,一家船厂单独承造这样的船舶,无论从风险控制、资金投入、还是市场开拓都面临很多挑战。因此,日本的7家企业采用共同开发的模式来应对这个挑战。

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川崎汽船的LNG运输船

这7家企业依次为三家海运公司、两家造船企业、两家船舶设计与制造企业,分别为:川崎汽船、商船三井、日本邮船、三菱造船、今治造船、日本海运联(Japan Marine United Corporation)和日本shipyard。

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日本海运联的在建船舶

通过联合多家公司,形成技术和资源共享,能够更好地应对新兴市场需求。这种联合体模式可以加速技术创新,并通过集体力量应对高技术壁垒,特别是在开发新型运输船舶和优化运输流程方面。对于日本企业来说,确保新型运输船舶的安全性和效率至关重要。联合开发和市场扩展不仅能提高技术竞争力,还能增强在全球市场中的影响力。

回到本文开篇提及的碳捕集、利用与封存技术,日本在这些技术方面处于世界领先水平。从公开的资料里,可以得到以下几个事例。

1. 碳捕集技术:日本拥有多项先进的碳捕集技术,并且已经在多个示范项目中应用。例如,日本的大崎Coolgen项目就是一个结合了燃煤发电和碳捕集技术的示范项目。该项目成功展示了碳捕集的可行性,并为大规模推广奠定了基础。日本的企业和研究机构,如东芝、三菱重工等,正在开发新一代的低能耗、高效率的碳捕集技术。这些技术不仅适用于电力行业,还适用于工业制造领域。

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广岛大崎Coolgen项目,图片胡子引用自 JGC官网

2. 碳利用技术:日本在CO₂转化为化学品、燃料等方面进行了大量研究。例如,通过CO₂合成甲醇、合成燃料等工艺,日本已经取得了一定的成果。这些利用技术有望减少大气中的CO₂含量,同时提供新的经济价值。日本也在积极开发利用CO₂的建筑材料,如利用CO₂固化混凝土。这类技术不仅可以封存CO₂,还能提高材料性能。

3. 碳封存技术:日本已经在海底和陆地上进行了一些CO₂封存的试验项目。例如,Tomakomai(苫小牧)项目是在北海道的一个CO₂碳封存示范项目,该项目将捕集到的CO₂注入海底深层地质构造中进行封存,取得了重要进展。日本也在进行广泛的地质研究,以确定适合长时间封存CO₂的地点。这些研究确保了封存的安全性和长期稳定性。

4. CO₂运输技术:日本正在评估并开发适合国内地理环境的CO₂管道运输技术。由于日本地形多山,如何在复杂地形中建设和维护CO₂管道是一个重要课题。考虑到地理和经济因素,日本也在研究通过船舶运输LCO₂的技术。这种方式对于岛国来说尤其重要,因为它可以实现跨区域的CO₂运输。

本文介绍的7家船运企业的联合,就是针对CO₂运输。目标锁定为实现2028年以后国际间大规模液化CO₂海上运输,开始共同探讨确立液化CO₂运输船标准规格和标准船型。

供稿 / 戴维 未特别注明出处的照片均出自各公司官网
编辑 JST客观日本编辑部