周三 (2 月 27 日)，船用燃料测试公司 VPS的脱碳顾问 Emilian Buksak 深入探讨了当液化天然气 (LNG) 用作船舶发动机的燃料时应如何减少甲烷逃逸，因为，LNG已成为海运业其中主要的过渡燃料：

作为一个行业，世界航运船队每年消耗超过了2.3 亿吨燃料，并进而产生了 7.16 亿吨二氧化碳当量排放。因此，航运业正处于重大转型过程之中，必须减少排放以成为一个更可持续的行业。

实现这一目标有很多选择和机会，其中包括船舶发动机的开发和配置，以及考虑使用多种低碳至零碳燃料。根据 Clarksons Research 的数据，近 30% 被订购的船舶均设计为可使用替代燃料，并另有14% 的船舶附有“替代燃料就绪”符号，因此，这已清楚地表明了更环保的航运解决方案正在兴起。而关于船用燃料，我们已看到可持续生物燃料和非生物来源的可再生液体和气体燃料 (RFNBO，例如甲醇) 的使用量有所增加，然而，这一增长数字目前仍然有限。总括而言，当下LNG仍然是海运业的主要过渡燃料。

根据 DNV 替代燃料洞察 (AFI) 平台的数据，自 2021 年以来，以LNG为燃料的船舶数量已增加了两倍，并目前已超过 1,200 艘。其中，该船队涵盖约 452 艘集装箱船、242 艘油轮、208 艘汽车运输船、73 艘散货船和 49 艘游轮，并因此凸显了LNG正作为过渡燃料被加速采用。而除了这些船舶之外，目前也另外有 751 艘LNG运输船。

那么，为什么要使用LNG作为船用燃料呢？首先，LNG 主要由甲烷 (85-95%) 组成，能量含量高达 55.5MJ/Kg，且二氧化碳排放量 (TTW) 比传统船用燃料低 30% 左右。不过，使用 LNG 的一个主要负面影响，就是甲烷的全球升温潜能值 (GWP) 在 100 年内比二氧化碳高 29.8 倍，并在 20 年内比二氧化碳高 80 多倍。因此，在整个 LNG 生命周期内减少甲烷排放可谓至关重要。

当用作船舶发动机的燃料时，一定比例的未燃烧甲烷将会逸流到大气中，并被称为“甲烷逃逸”现象。我们的数据显示，两位数的逃逸（以 g/kWh 为单位）可能并确实会发生，通常，这都源自发动机故障或低负荷运行所造成。除了燃烧之外，如发生逸散性排放（泄漏）和紧急释放也会增加甲烷的总排放量。

当下，缓解甲烷漏失的努力各不相同——涵盖从主动与发动机制造商合作实现 50-70% 的减排，到仅依赖欧盟 MRV 默认漏失系数的“无所作为”方法。根据这些规定，默认漏失值范围介于双燃料中速发动机的 3.1% 到双燃料低速发动​​机的 0.2%。而值得注意的，就是四冲程 LNG 发动机占所有 LNG 船舶的近 30%。

虽然，该行业正在考虑生物燃料、可再生生物甲烷和电子甲醇等未来燃料，但，仅靠引入这些燃料并不能解决现有甲烷燃料运营中的甲烷漏失问题。因此，设备制造商、船东、运营商和监管机构正专注于切实可行的近期措施，以减少船上的甲烷漏失，并同时是降低 LNG 燃料航运气候影响的重要一步。

在国际航运中，目前仍然没有专门针对甲烷漏失的专门法规。而在欧盟的 Fit for 55 一揽子计划中，我们目前有 FuelEU Maritime法规，其合规框架中涵盖油井到尾流 (全生命周期) 的甲烷排放量。其中，这将要求运营商考虑甲烷在整个燃料生命周期中的二氧化碳当量产量。另外，我们已有欧盟排放交易体系 (EU ETS)，其中，该体系已要求以二氧化碳当量形式报告储罐到尾流的甲烷排放量。从 2026 年开始，甲烷排放将直接影响 ETS 配额要求，同时，甲烷排放量也将与交易成本更紧密地联系起来。

另一方面，自愿框架《全球甲烷承诺》（Global Methane Pledge）已呼吁迅速减少甲烷排放，以让 1.5°C升温目标触手可及。此外，国际海事组织 2024 年《船用燃料生命周期温室气体强度指南》可能很快会推动更严格的甲烷逃逸应对措施。总而言之，这些发展都预示着未来法规将更加严格，并将通过以二氧化碳当量形式核算甲烷让执行力度更大，与此同时，推进创新的步伐也在加快，以减少航运甲烷逃逸。

那么，如何减少甲烷逃逸呢？其中，这有四个关键领域：

发动机设计改进

减少缝隙体积：

• 重新设计活塞顶、气缸盖和气门座，以最大限度地减少间隙。
• 使用先进的制造公差和材料实现更紧密密封度。
• 减少废气：调节燃烧温度，提高整体效率并减少未燃烧燃料。
• Lambda 控制：实时监测氧气水平，以实现精确的空燃比控制，防止燃烧不充分。

过渡到采用高压气体喷射的柴油循环燃气发动机：

• 直接高压喷射：采用高压气体喷射 (HPGI) 系统，在高压下和压缩冲程结束时将 LNG 直接喷射到燃烧室中。
• 升级发动机组件以支持更高的压缩比和改进的点火控制，并针对 HPGI 进行优化。

优化低压双燃料发动机 (奥托循环)

• 使用更新的软件和硬件来微调气体进气正时和引燃燃料喷射（如果适用）。
• 让点火正时与实时负荷条件一致，以提高燃烧完整性。
• 专门针对低压燃气发动机调整活塞和气缸设计。
• 结合设计特点（如燃烧室结构设计），以最大限度地减少燃料滞留。
• 使用传感器和电子控制装置持续监测燃烧质量。
• 实时调整空燃比和引燃燃料量，以保持高效点火并减少逃逸。

后处理解决方案

使用甲烷氧化催化剂：

• 将催化剂纳入新建船舶的排气系统。
• 确保根据需要维护和更换催化剂，以维持减少高达 80% 甲烷逃逸。
• 监测排气温度并根据需要进行调整，让催化剂保持在最佳工作成效范围内。

操作调整

避免长时间进行低负荷天然气运行：

• 计划航程与发动机的使用，以在使用 LNG 时保持更高的负荷。
• 使用操作策略，例如安排更重的负荷或调整速度，以尽量减少低负荷情况。

低负荷时在天然气和燃油之间切换：

• 当在低负荷下LNG 燃烧效率出现下降时，应利用双燃料功能切换使用燃油。
• 根据负荷条件和发动机性能数据建立明确的切换操作阈值。
• 请注意，双燃料发动机通常以更高的引燃燃料百分比运行，以预防燃油喷射器的维护问题。

确保适当维护和优化发动机：

• 对燃油喷射器、阀门和传感器进行例行检查和清洁。
• 定期校准和调整发动机设置，例如喷射正时和空燃比，以实现最佳燃烧。
• 培训船员掌握发动机管理和维护程序的最佳实践。

混合动力或电池集成

混合动力系统或电池集成：

• 安装电池或混合动力系统，以在低功率需求期间提供辅助。
• 使用能量存储将发动机运行保持在更高且更高效的负荷下（约 95%）。
• 设计船舶的电源管理系统，以实现发动机和电池之间的无缝交互，再而达到一致的高负荷运行。
• 规划系统集成，需考虑空间、重量和成本因素，并同时优化燃料和排放性能。

注意：VPS 关于甲烷逃逸的完整文章可在此处找到。

图片来源：VPS
发布日期：2025 年 2 月 27 日