文件摘要#

氨(NH₃)因分子中不含碳原子,在船上燃燒時理論上不直接產生 CO₂,因此被視為深海航運邁向零碳或近零碳的重要候選燃料。不過,氨燃料的實際氣候效益取決於其生產路徑、能源來源、碳捕集效率、引燃油比例、氨散逸及 N₂O 排放

報告的核心判斷如下:

  1. 氨的船用技術正在接近商業化,但不是只有引擎成熟度問題。

    • 還必須同時考慮技術成熟度(TRL)、投資成熟度(IRL)及社會/社群接受度(CRL)。
    • 投資條件與公眾安全接受度仍是主要瓶頸。
  2. 安全是氨燃料設計的首要議題。

    • 氨具高度毒性、腐蝕性,液氨洩漏後可能形成貼近甲板或工作區域的重氣雲。
    • 燃料系統需採用洩漏偵測、雙層管路、通風、惰化/氮氣吹除及氨釋放緩解系統。
  3. 真正具脫碳價值的是低生命週期排放的氨。

    • 灰氨由化石燃料製氫,生命週期排放高,不適合作為脫碳燃料。
    • 藍氨的效益高度取決於碳捕集與生命週期計算方法。
    • 綠氨必須依賴再生電力、綠氫與 Haber–Bosch 製程。
  4. 供應量、價格與跨產業競爭將決定實際採用速度。

    • 航運將與肥料、發電、化學工業及氫載體市場競爭低碳氨。
    • 綠氨預期仍有明顯價格溢價。
  5. 船上應用不只涉及主機。

    • 還包含儲槽、燃料供應系統、燃料閥組、氮氣系統、通風、排氣後處理、緊急切斷、氨回收與船員訓練。

第 1 章:介紹#

1.1 海事脫碳與氨燃料的定位#

航運歷史上的推進轉型,例如風帆轉蒸汽、蒸汽轉柴油,均經歷數十年至數百年;目前的能源轉型不同之處在於,它不只由技術或經濟推動,更受到環境、政策、監管與社會壓力驅動。

LR 將氨列為可能支援未來零 CO₂ 排放船舶的主要燃料之一,理由包括:

  • 氨分子不含碳。
  • 全球已有成熟的工業生產與海運經驗。
  • 可作為氫載體。
  • 相較液氫較容易大規模運輸與儲存。
  • 引擎、燃料供應系統及安全技術正在快速發展。

原報告指出,全球氨年產量約 1.8 億噸,其中大部分直接用於肥料製造;每年約有 2,000 萬噸透過海運交易,因此既有碼頭、儲存與裝卸經驗可作為未來船用燃料供應鏈的基礎。

1.2 氨基本資料#

化學式#

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

基本特性#

  • 常溫常壓下為無色透明氣體
  • 氣味強烈且刺鼻。
  • 可被水吸收,具腐蝕性。
  • 可能嚴重傷害眼睛、喉嚨及肺部。
  • 常溫氨蒸氣比空氣輕;但壓縮液氨洩漏並閃蒸時,可能形成比空氣重的低溫氣雲

現有用途與排放#

  • 70% 的氨用於肥料產業。
  • 超過一半的現有產量集中在中國、美國、印度及俄羅斯。
  • 現有製程主要使用:
    • 煤氣化:約 26%。
    • 天然氣蒸汽甲烷重組(SMR):約 73%。
  • 報告估計,氨生產每年排放約 4.5 億噸 CO₂,約占人為排放 1.3%,並為化學產業最大的排放來源。

需求預測#

報告引用 IRENA 預測:

  • 全球氨需求可能由 2020 年的 1.83 億噸增至 2050 年的 6.88 億噸
  • 其中約 1.97 億噸可能來自海事燃料。
  • 1.27 億噸可能作為氫載體,用於化學與工業部門。

1.3 物理與燃燒性質#

性質 數值
自燃溫度 651°C
分子量 17.0 g/mol
爆炸上限 28%
爆炸下限 15%
低位發熱量 18.8 MJ/kg
液態密度 原報告第 6 頁列 680 kg/m³(-33°C、1 bar)
沸點 -33.3°C(1 bar)

原文數據差異:報告第 6 頁將液氨密度列為 680 kg/m³,第 7 頁能源密度比較表則列為 696 kg/m³。本文保留兩者,不自行統一。

1.4 能源密度比較#

燃料 密度 kg/m³ 儲存溫度 儲存壓力 barg LHV MJ/kg 體積能量密度 GJ/m³ 相對 MGO 體積需求
液氨 696 -33°C 1 18.8 13.1 2.94 倍
甲醇 790 常溫 1 19.9 15.7 2.44 倍
LNG 450 -162°C 1 48 21.6 1.78 倍
液氫 70.8 -253°C 1 119.93 8.49 4.52 倍
氣態氫 350 bar 23.35 25°C 350 119.93 2.8 13.73 倍
氣態氫 700 bar 38.25 25°C 700 119.93 4.59 8.38 倍

液氨的質量能量密度低於 LNG 與氫,但體積能量密度高於液氫及高壓氣態氫。以相同能量計算,液氨約需 MGO 2.8–2.94 倍的儲存容積。

1.5 採用氨作為船用燃料的主要考量#

社會接受度#

  • 有機會降低海事產業環境影響。
  • 必須以生命週期分析確認實際減排效果。
  • 若社會接受度改變,可能形成擱淺資產。
  • 事故影響可能超出船舶與港口邊界。
  • 社會對減排的急迫需求,也可能提高安全決策壓力。
  • 市場遊說可能造成互相矛盾或混亂的資訊環境。

安全操作與基礎設施#

  • 可借用既有工業與海運液氨經驗。
  • 風險原則上可透過設計、管制與監測降低。
  • 必須評估對人員、水域及環境的毒性影響。
  • 目前船用加注基礎設施不足。
  • 船員、港口、船廠及岸上人員需要新的訓練與能力。
  • 法規框架仍在發展中。

可擴展性#

  • 氨比液氫更適合充當能源載體。
  • 已有大規模生產基礎,但必須轉向低碳製程。
  • 上游技術較成熟,下游船用技術仍在發展。
  • 可同時運輸氨貨物並將貨物作燃料使用。
  • 有潛力大規模達成近零 GHG 燃料供應。
  • 仍需面對其他產業競爭、船廠產能及技術能力限制。

1.6 氨燃料成熟度:TRL、IRL、CRL#

LR Maritime Decarbonisation Hub 使用三種成熟度評估:

  • TRL(Technology Readiness Level):技術成熟度,1–9 級。
  • IRL(Investment Readiness Level):投資成熟度,1–6 級。
  • CRL(Community Readiness Level):社群/社會成熟度,1–6 級。

報告對綠氨與藍氨的整體判斷是:

  • 生產、供應、船上儲存及燃燒技術正在進步。
  • 投資商業條件仍普遍不足。
  • 由於毒性與事故後果,社會接受度偏低。
  • 因此不能只看引擎 TRL,還要同時評估供應鏈、港口、法規、商業案例與公眾安全框架。

第 2 章:安全#

2.1 一般安全與毒性#

LR Maritime Decarbonisation Hub 與 Maersk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping 的研究提出下列高優先度建議:

  1. 降低儲存溫度,以降低氨燃料安全風險。
  2. 將燃料準備室分隔為兩個以上空間,將可能洩漏的設備群分開。
  3. 限制、監控進入氨設備空間的人員,以及停留時間。
  4. 將通風排出口布置於安全位置,與船員可接近區域充分隔離。
  5. 安裝多個、不同原理的氨偵測器。

人因工程#

船舶設計與公司安全管理系統應納入:

  • 人體工學與設備可操作性。
  • 新增或修訂的工作程序。
  • 溝通與協調要求。
  • 能力與訓練要求。
  • 緊急應變安排。
  • 維修與操作程序的變更管理。
  • 人員角色、責任、編制及與其他組織的介面。

2.2 健康與燃爆危害#

健康危害#

氨可刺激或灼傷:

  • 皮膚。
  • 口腔。
  • 喉嚨。
  • 肺部。
  • 眼睛。

危害程度取決於:

  • 暴露濃度。
  • 暴露時間。

高濃度吸入可能嚴重損傷肺部並致死;濃氨水接觸皮膚可造成嚴重化學灼傷,接觸眼睛可能造成不可逆傷害。

無水氨(Anhydrous Ammonia)#

  • 不含水的液化氨可稱為無水氨。
  • 氨與水高度互溶,可形成氫氧化銨溶液。
  • 氨水仍可能形成有毒氣氛,並在特定條件下具有可燃性。

洩漏氣雲#

  • 常溫氨蒸氣比空氣輕。
  • 壓縮液氨釋放時會閃蒸並降溫。
  • 所形成的氣霧/氣雲可能比空氣重,沿甲板、走道或低處擴散。

2.3 危險區域分類#

報告依 IGF Code 概念列出:

區域 典型位置
Hazardous Zone 0 燃料槽內部、洩壓或透氣管內部、持續存在氨的管路與設備內部
Hazardous Zone 1 Tank Connection Space、燃料準備室、燃料儲存艙、隔離空艙,以及可能發生洩漏的封閉或半封閉空間
Hazardous Zone 2 距離開放式或半封閉 Zone 1 空間周圍 1.5 m 內區域

氨同時具有毒性與可燃性,因此實際設計除防爆區域外,還需建立 toxic area plan(有毒區域圖)

2.4 材料相容性#

不宜直接接觸氨的金屬#

報告指出,下列材料不應用於直接接觸氨的儲槽、管路、閥件、配件及設備:

  • 汞。
  • 銅。
  • 銅合金。
  • 鋅。

沉積與堵塞風險#

在特定條件下,氨、水與 CO₂ 接觸可能形成:

  • 碳酸銨。
  • 碳酸氫銨。

可能造成設備、元件及管路的堵塞、損傷與劣化。

應力腐蝕裂紋(SCC)#

SCC 可能發生於同時承受拉應力與腐蝕介質的構件。

可能受影響材料包括:

  • 無水氨環境中的碳鋼。
  • 高鎳含量鋼材。
  • 氨水環境中的銅及部分銅合金。

設計時必須評估:

  • 加注系統。
  • 燃料圍護系統。
  • 燃料供應系統。
  • 發電/推進系統。

IGC Code 17.12 允許在氨中保持少量水分的條件下使用碳鋼,以降低 SCC 風險。

非金屬材料#

塑膠、彈性體與密封材料對氨的相容性不同,必須由製造商依實際:

  • 溫度。
  • 壓力。
  • 氨純度。
  • 水分含量。
  • 使用時間。

確認其適用性。

2.5 海事安全法規#

以下內容為 2024 年原報告法規時點。

IMO 對氨燃料的法規發展分為兩條路徑:

  1. 以氨貨物作為燃料的氣體運輸船。
  2. 專門加注氨作燃料的非氣體運輸船。

氣體運輸船使用氨貨物作燃料#

  • 當時 IGC Code 16.9.2 禁止以有毒貨物作燃料,因此限制氨貨物作為燃料。
  • CCC 9 已認定該文字阻礙氨燃料發展。
  • 報告指出,IMO 正研擬修訂,使載運氨的氣體船在達到與天然氣相等安全水準時,可使用氨貨物作燃料。
  • 對氣體船與非氣體船的差異之一,可能在於雙層管路適用範圍:
    • 非氣體運輸船可能要求更全面的雙層管路。
    • 氣體運輸船可能僅在貨物區域外要求。

非氣體運輸船使用氨作燃料#

LR 於 2023 年 7 月發布非氣體運輸船使用氨作燃料的規則,採 IGF Code 所允許的替代設計與風險基礎途徑。

相關核准架構包括:

  • SOLAS II-1/55。
  • IGF Code。
  • IMO MSC.1/Circ.1455《替代設計與等效核准指南》。
  • LR Risk-Based Certification(RBC)程序。

RBC 可用於:

  • 新穎設計。
  • 替代設計。
  • 非傳統燃料系統。
  • SOLAS 船舶及部分非 SOLAS 專案。

2.6 氨燃料加注#

氨可採以下形式交付:

  • 全冷凍液化。
  • 半冷凍液化。
  • 加壓液化。

加注站設計重點#

  • 風險評估需考慮「合理可預見的最嚴重洩漏情境」。
  • 建立船舶有毒區域圖。
  • 非有毒區進入有毒區時可能需要氣閘(airlock)。
  • 加注站可採開放式、半封閉式或封閉式設計。
  • 封閉及半封閉加注站與相鄰空間間應保持氣密。
  • 滴盤不得直接排舷外。
  • 自動關斷閥應能立即關閉,並具遠端操作功能。
  • 關閥動作不得造成危險瞬間超壓。

HAZID/QRA 研究結論#

LR 為 Yara Clean Ammonia Australia 與 Pilbara Ports 進行的研究指出,在 Dampier 與 Port Hedland 錨地進行船對船氨加注,在指定假設下可達可接受風險水準。

建議包括:

  • 增設超壓保護。
  • 增設氣體偵測器。
  • 加注船與受油船進行相容性評估。

不確定因素包括:

  • 加注位置。
  • 受油船實際設計。
  • 相容性評估新增發現。
  • 氨知識缺口。
  • 氨洩漏至水面的毒性擴散模型限制。

報告特別提醒:該研究的假設與風險結果僅適用於特定專案,其他船型與港口仍需進行個案評估。

2.7 燃料品質與規格#

現有無水氨等級#

  • 商業級:通常約 99.5%。
  • 冷凍級。
  • 高純度級:最高約 99.995%。

報告認為,商業級氨可能可供氨雙燃料引擎使用,但仍需控制水分、油分、氧氣、氮氣、硫及顆粒。

水分與 SCC#

  • 氨容易吸水,進入後不易移除。
  • 少量水分可降低 SCC 風險。
  • 報告列出的初步範圍為 0.1–0.5 mass%

燃燒後排放#

低品質或不完全燃燒可能造成:

  • 未燃氨/氨散逸(NH₃ slip)。
  • NOx。
  • N₂O。

MAN ES 初步燃料規格#

項目 單位 限制 數值 測試方法/備註
mass% 最低 99.5 待定
mass% 最低 0.1 ISO 7105
mass% 最高 0.5 ISO 7105
mass% 最高 0.4 ISO 7106
mass% 最高 待定 待定
mass% 最高 0.3 待定
mass% 最高 待定 需符合 MARPOL
顆粒 最高 見備註 建議船舶燃料槽至引擎間過濾至 10 μm

顆粒可能來自:

  • 氨生產觸媒碎屑。
  • 運輸與物流過程。
  • 儲槽或管路污染物。

2.8 商業級氨物性範例#

報告引用 CF Industries 規格:

性質 數值/描述
物理狀態 氣體;加壓時為液體
外觀/顏色 無色
氣味閾值 刺鼻,約 5 ppm
pH >12(100% v/v)
熔點 -78°C @ 1013 hPa
沸點 -33°C @ 1013 hPa
臨界溫度 132.41°C
自燃溫度 651.1°C
分解溫度 450°C
爆炸範圍 16%–25%
蒸氣壓 原報告列 861 hPa @ 20°C

第 3 章:採用氨燃料的驅動因素#

3.1 歐盟法規#

航運需注意 EU Fit for 55 中五項主要制度:

  1. EU MRV 修訂。
  2. EU ETS 修訂。
  3. FuelEU Maritime。
  4. Alternative Fuels Infrastructure Regulation(AFIR)。
  5. Renewable Energy Directive III(RED III)。

EU ETS#

原報告指出,自 2024 年 1 月 1 日起,進出 EEA 港口且總噸位 5,000 GT 以上的客船與貨船納入 EU ETS。

涵蓋範圍:

  • EEA 內航程:100% 排放。
  • EEA 港內排放:100%。
  • EEA 與第三國間航程:50%。

納入氣體:

  • CO₂。
  • CH₄。
  • N₂O。

履約比例:

排放年度 應繳交配額比例
2024 40%
2025 70%
2026 起 100%

FuelEU Maritime#

FuelEU Maritime 自 2025 年起要求船上所使用能源的 GHG 強度逐步下降。

年份 相較 2020 年基準的減量要求
2025 -2%
2030 -6%
2035 -14.5%
2040 -31%
2045 -62%
2050 -80%

另自 2030 年起,貨櫃船與客船將面臨港內零排放相關要求。

船舶需另行建立 FuelEU Monitoring Plan,記錄:

  • 能源使用量。
  • 燃料種類。
  • 排放因子。
  • 監測與計算方式。

Pooling#

Pooling 允許多艘船共用合規盈餘與赤字,可能涵蓋:

  • 同一船隊。
  • 同一公司。
  • 不同公司間的船舶池。

其目的在於鼓勵新造低排放船,而不是只對既有船進行小幅效率改善。報告舉例指出,一艘使用低 GHG 燃料的船可能為整個船池降低 FuelEU 罰款風險。

FuelEU 氨排放因子#

報告指出,FuelEU Maritime 對 e-ammonia 提供 0.0186 的排放因子,但原文未在該段進一步展開單位與適用條件。

3.2 IMO GHG 策略與生命週期分析#

原報告引用 IMO 2023 GHG Strategy:

  • 約 2050 年達成淨零 GHG 排放。
  • 2030 年總 GHG 排放降低約 20–30%。
  • 2040 年降低約 70–80%。
  • 碳強度較 2008 年降低 40%。

IMO 已建立燃料生命週期分析指南,可計算:

  • Well-to-Tank(WtT):生產與供應階段。
  • Tank-to-Wake(TtW):船上使用階段。
  • Well-to-Wake(WtW):全生命週期。

3.3 灰氨、藍氨與綠氨的生命週期差異#

灰氨#

  • 以天然氣或煤製氫。
  • 未進行有效碳捕集。
  • 生產階段 CO₂ 排放高。
  • 報告認為不適合作為低碳海事燃料。

藍氨#

  • 通常以天然氣製氫。
  • 對製氫與 Haber–Bosch 過程排放進行 CCS/CCUS。
  • 實際效益取決於捕集率、甲烷上游排放、能源來源及法規預設因子。
  • 報告認為,依當時 IMO 與 FuelEU 的預設因子,藍氨未必具顯著 WtW 優勢。

綠氨/e-ammonia#

  • 以再生電力進行水電解製氫。
  • 空氣分離取得氮。
  • 使用再生能源驅動 Haber–Bosch 製程。
  • 船東仍需取得可驗證、可追溯的綠氨供應。

船上排放仍需考慮#

即使燃燒不直接產生 CO₂,仍需計算:

  • 引燃油比例。
  • 引燃油本身排放。
  • NH₃ slip。
  • NOx。
  • N₂O。

報告引用專家估計,引燃油可能至少約占 5%,低負荷時可能提高至 15%

3.4 船東需求與市場興趣#

氨在海事市場的成長可分為:

  1. 氨作為能源載體的海運需求增加。
  2. 氨直接作為船舶燃料的需求增加。

氨相較氫較適合跨洋運輸,因此未來氨運輸船可能同時成為使用貨物作燃料的候選船型。

3.5 氨運輸需求#

報告引用的市場假設包括:

  • 日本規劃於 2050 年使用 3,000 萬噸燃料氨。
  • 荷蘭與德國提出大型氨裂解設施,以供應進口氫需求。
  • University of Manchester Tyndall Centre 的研究認為,至 2030 年前,每年可能需建造約 20 艘大型氨運輸船。
  • LR 依日本混燒需求估計,2030 年可能需要約 130 艘 VLAC。

現有船隊限制#

  • 現有多為中小型 LPG/氨兼用船。
  • 大型 VLGC 若原設計未考慮氨,可能因鋼材降伏強度與結構設計限制,不能滿載氨。
  • 可能只能部分裝載,或需改造貨物處理系統及加強結構。
  • 部分碼頭要求提供最近三種貨物(L3C),若近期載運氨,後續可能不接受 LPG,原因是氨會長時間殘留於鋼結構。

3.6 船用燃料需求與 Ammonia Ready#

截至原報告時點,尚無商業船舶正式以氨燃料投入營運,但早期訂單已出現,包括:

  • Exmar LPG 的兩艘 LPG/氨運輸船。
  • Newcastlemax 散裝船系列。
  • 小型貨櫃支線船。

IRENA 預測 2050 年海事部門可能消耗 1.97 億噸氨燃料

原報告統計:Ammonia Ready 船舶#

  • 營運中:約 60 艘。
  • 訂單:約 213 艘。
  • 約 102 艘訂單具三燃料選項。
  • 24 艘 Ammonia Ready 貨櫃船亦可使用柴油或甲醇。

依船型分布#

船型 合計 現有船 訂單 比例
散裝船 43 8 35 15.8%
一般貨船 5 0 5 1.8%
貨櫃船 91 3 88 33.3%
LNG/LPG 船 31 9 23 11.4%
原油/成品油輪 49 38 11 17.9%
離岸支援船 16 3 12 5.9%
PCC/Ro-Ro 38 0 38 13.9%

新造船 Ammonia Ready 設計組合#

設計組合 比例
柴油+Ammonia Ready 29.6%
LNG capable+Ammonia Ready 29.1%
LNG capable+Methanol Ready+Ammonia Ready 11.7%
Methanol capable+Ammonia Ready 11.3%
LPG capable+Ammonia Ready 7.5%
電池+Ammonia Ready 5.2%
LNG Ready+Ammonia Ready 3.3%
其他組合 餘額

3.7 技術經濟因素#

兩項主要挑戰:

  1. 如何將有限的綠色能源分配給航運。
  2. 如何建立可驗證的綠氨供應鏈。

綠氨成本包括:

  • 綠氫生產成本。
  • 再生電力成本。
  • Haber–Bosch 製程能源。
  • 儲存、碼頭與物流基礎設施。
  • 認證與追溯成本。

報告引用 2022 年 EMSA 研究,配置 10–16 MW 二衝程引擎的船舶改裝氨燃料,總改裝成本約 1,000–1,300 萬美元,但實際值取決於:

  • 船型與尺寸。
  • 原引擎型式。
  • 改裝數量與範圍。

3.8 年度燃料成本預測#

模型假設:

  • 低氨價:655 美元/噸。
  • 高氨價:1,200 美元/噸。
  • 低碳稅:100 美元/噸 CO₂。
  • 高碳稅:350 美元/噸 CO₂。
  • 未計入雙燃料引擎至少 5% 的引燃油消耗。
船型 低成本情境:VLSFO 反而較貴 高成本情境:氨較貴
大型貨櫃船 1,370 萬美元/年 9,810 萬美元/年
大型散裝船 350 萬美元/年 2,550 萬美元/年
VLCC 250 萬美元/年 3,700 萬美元/年
郵輪 1,810 萬美元/年 1.295 億美元/年

降低成本差距的方式#

  • 在具補貼優勢的地區加注,例如美國 IRA 政策環境。
  • 初期先使用藍氨,再逐步轉向綠氨。
  • 差價合約(Contract for Difference)。
  • 碳抵換。
  • FuelEU Pooling。
  • 由租家分擔部分綠色燃料成本。

第 4 章:氨的生產與供應#

4.1 供應條件#

氨能否成為船用燃料,取決於:

  • 是否有足夠的近零或淨零排放氨。
  • 能否在主要航線與港口取得。
  • 單位能量成本是否具競爭力。
  • 是否有足夠再生電力與綠氫。

現有肥料與化學工業用氨多由天然氣製造且未捕集碳,從生命週期角度並不適合作為低碳燃料。

原報告產能資料#

  • 全球既有氨產能:約 2.3 億噸/年。
  • 當時實際營運的低碳氨:約 650 萬噸/年。
  • AEA 追蹤的已公告與營運低碳氨專案:超過 2.45 億噸/年。
  • 2025 年預計上線:超過 2,400 萬噸/年。
  • 2030 年預計:接近 1 億噸/年。
  • AEA 追蹤項目中,再生氨占比超過 80%。

新產能多分布於:

  • 澳洲。
  • 中東。
  • 非洲。
  • 北美。

4.2 需求與產能預測#

MPP 與 AEA 的情境:

  • 2030 年可能有 40–140 座再生氨工廠。
  • 2030 年再生氨產量可能達 2,000 萬噸/年。
  • 2050 年可能有約 1,000 座工廠。
  • 2050 年再生氨產量可能達 8.3 億噸/年。

2050 年氨需求範圍#

用途 預測需求
肥料及既有工業用途 2.10–2.50 億噸/年
航運燃料 2.95–6.70 億噸/年
發電 3,500 萬–1.05 億噸/年
氫載體 0–1.10 億噸/年
合計 約 5.40–11.40 億噸/年

4.3 代表性低碳氨專案#

  • Yara:成立清潔氨事業,並與 Azane Fuel Solutions 合作氨加注船與供應。
  • Mitsui+CF Industries:利用既有產能生產藍氨與綠氨,並規劃美國墨西哥灣岸藍氨設施。
  • Casale+Clariant:開發提高藍氨製程效率的合成觸媒。
  • Saudi Aramco/SABIC:以 Jafurah 氣田與 CCS 建立藍氨出口樞紐。
  • Woodside(澳洲):規劃利用再生氫生產出口用氨。
  • Grannus(美國):發展結合合成氣與 CCS 的藍氨製程。
  • Meridian/Woodside/Mitsui(紐西蘭):Southern Green Hydrogen Project,目標年產 50 萬噸綠氨。
  • Unigel(巴西):規劃年產 1 萬噸氫及 6 萬噸綠氨。

4.4 再生氨里程碑#

年份 近零排放氨供應占比 近零排放氨產量 綠氨工廠 電解槽容量 藍氨工廠
2025 1% 200 萬噸 1 2–3 GW 1
2030 20–42% 5,000–12,000 萬噸 40–140 70–210 GW 15–25
2040 88–100% 4.2–6.6 億噸 400–840 590–1,190 GW 25–180
2050 97–100% 5.6–8.3 億噸 560–1,090 780–1,500 GW 25–210

第 5 章:技術成熟度#

5.1 技術核准與專案#

LR 參與的工作包括:

  • 船舶概念設計。
  • 氨燃料引擎 AiP。
  • 燃料供應系統 AiP。
  • Novel Technology Evaluation。
  • HAZID、HAZOP、QRA。
  • Risk-Based Certification。

Exmar 46,000 m³ MGC#

2023 年 9 月,LR 對 Exmar 的 46,000 m³ 氨燃料中型氣體運輸船核發 AiP:

  • 船舶設計:HD Hyundai Mipo。
  • 主機:WinGD 氨雙燃料二衝程引擎。
  • 氨燃料供應系統:Wärtsilä Gas Solutions。

Amogy 氨裂解發電系統#

2024 年 2 月,LR 對 Amogy 氨轉電力系統之零件測試計畫核發可行性聲明。該系統將液氨裂解為氫,再供燃料電池使用。

5.2 LR 氨專案清單(2019–2023)#

年份 專案 狀態
2019 C-Future 23,000 TEU 零碳氨燃料概念船 完成
2019 180,000 DWT 零碳氨燃料散裝船概念設計 完成
2020 91,000 m³ 氨燃料 VLGC 完成
2021 88,000 m³ 氨燃料 VLGC 完成
2021 13,000 TEU LNG Fuelled+Ammonia Ready 完成
2021 88,000 DWT 氨燃料散裝船 進行中
2021 210,000 DWT Newcastlemax 氨燃料散裝船 完成
2021 16,000 TEU 氨燃料 ULCS 完成
2021 5,900 TEU Ammonia Ready 貨櫃船 HAZID 完成
2022 210,000 DWT Ammonia Ready 散裝船 完成
2022 16,000 TEU 氨燃料貨櫃船 進行中
2022 氨燃料 Aframax 油輪與風險評估 進行中
2022 氨燃料 VLCC 與 Suezmax 完成
2023 Ammonia Ready VLCC 完成
2023 氨燃料 MR 油輪 進行中
2023 86K 氨運輸船/氨燃料 完成
2022 46K LPG/氨運輸船/氨燃料 進行中
2023 氨 FSRU 設計 進行中

5.3 船用引擎與改裝#

氨燃燒的主要技術難題是:

  • 點火性差。
  • 燃燒速度慢。
  • 穩定燃燒困難。
  • 需要引燃燃料。
  • 易產生 NOx、N₂O 與 NH₃ slip。

若使用傳統柴油或燃油作引燃油,將降低整體減排效果,因此長期可能需要使用可持續引燃燃料。

二衝程引擎#

WinGD X-DF-A#

  • 原報告預計 2025 年交付。
  • 已取得 Exmar 氨運輸船與 Bocimar 210,000 DWT 散裝船訂單。
  • LR 已對其概念核發 AiP。
  • 採氨噴射+引燃油。
  • 引擎可達 IMO NOx Tier II。
  • 達 Tier III 需 SCR。

MAN Energy Solutions#

  • 於哥本哈根進行專用單缸測試。
  • 原報告指出第一款可能為 60 缸徑引擎。
  • 模組化設計亦支援既有引擎改裝為氨/柴油雙燃料。
  • 測試場址靠近市區,氨槽車供應與加注安全本身亦成為測試時程因素。

四衝程引擎#

Wärtsilä 25#

  • 報告稱氨版本已商業化提供。
  • 基於既有 Wärtsilä 25 平台。
  • Viridis Bulk Carriers 已簽署使用意向書。
  • Wärtsilä 亦曾展示以約 70% 氨混燒的引擎概念。

5.4 氨燃料儲存與供應系統#

完整系統通常包括:

  1. 加注站與燃料儲槽。
  2. 氨燃料供應系統(FSS)。
  3. 燃料閥組(FVU/fuel valve train)。
  4. 氨管路系統。
  5. 透氣系統。
  6. 通風系統。
  7. 氮氣供應系統。
  8. 氨釋放緩解系統。

其中最關鍵的是氨釋放緩解系統,其目的在於將任何氨釋放處理至安全濃度,而不是直接排放至大氣。

5.5 儲槽型式與配置#

氨通常在約 -33°C 儲存為液體。

可採用的槽型#

槽型 特性
IMO Type A 非加壓稜柱型;需完整次屏障;常用於 LNG 與其他氣體貨物;需考慮防晃設計
IMO Type B 非加壓球形;採部分次屏障
IMO Type C 加壓槽;常用於小型船或甲板安裝;通常不需次屏障;可承受較高壓力
Membrane 經適當材料與設計調整後可用於氨

設計重點#

  • 防止航行與碰撞造成機械損傷。
  • 評估各液位下的衝擊與晃蕩載荷。
  • 選用不易發生 SCC 的材料。
  • Type C 以外獨立槽與薄膜槽通常需次屏障。
  • 所有槽接頭、法蘭、閥件與配件應置於 Tank Connection Space(TCS)
  • 氨燃料管路需設次屏障/雙層管路。
  • 管路應遠離船側。
  • 因氨具毒性,不允許直接向大氣排放,需設蒸氣回流或處理管路。

5.6 船上燃料供應系統#

典型設備包括:

  • 低壓泵。
  • 流量計。
  • 熱交換器。
  • 高壓泵。
  • 雙聯過濾器。
  • 手動閥。
  • Master Fuel Valve。
  • Double Block and Bleed(DBB)閥。
  • 二通閥。
  • 保壓與吹除閥。
  • 遠端控制閥。
  • Catch Tank。
  • Purge Tank。
  • 氮氣供應。
  • 氨蒸氣處理系統。

報告中的典型高壓供應壓力約 85 bar,但實際值依引擎製造商規格決定。

FVU 功能#

FVU 通常布置於機艙外,主要功能:

  • 安全隔離氨供應。
  • 執行 block and bleed。
  • 控制回流至氨/氮分離或處理系統。
  • 緊急關斷。

關斷閥需:

  • 可遠端操作。
  • 可自動操作。
  • 能從設備空間外接近或操作。

5.7 氮氣供應與吹除#

由於氨不能直接排放至大氣,燃料系統需配置氮氣系統。

啟動前#

  • 進行系統氣密性測試。
  • 確認管路與設備無洩漏。

停機後或緊急狀況#

  • 以氮氣吹除氨管路。
  • 將氨與氮氣導入 Purge Tank 或處理系統。
  • 不得將未處理氨直接排放至機艙或大氣。

5.8 排氣排放與後處理#

NOx#

氨含有燃料氮,燃燒可能增加 NOx。部分氨引擎即使符合 Tier II,也可能需要 SCR;Tier III 通常更需要 SCR。

氨散逸#

SCR 原本即以氨或尿素作為還原劑,因此:

  • 使用氨燃料可能降低額外尿素需求。
  • SCR 亦可協助處理部分未燃氨。

N₂O#

  • 大氣壽命:約 114 年。
  • 100 年全球暖化潛勢:265。
  • 排放量與引擎型式及燃燒技術有關。
  • 若引擎控制無法將其降至可接受程度,需增加專用觸媒。

5.9 氨裂解器與燃料電池#

氨可作為氫載體,經裂解後產生氫,再供燃料電池使用。

報告列舉:

  • ShipFC:評估高溫氨燃料電池。
  • Alma Clean Power:燃料電池供應商。
  • Fraunhofer IMM:開發去除污染物與未燃氨的觸媒。
  • H2Site、Amogy:推進氨裂解與商業化。

5.10 LR 規則與符號#

LR 已在低閃點燃料規則 Appendix LR2 中建立:

  • 氨燃料船規則。
  • Ammonia Ready 符號。
  • 船舶設計與配置要求。
  • 加注要求。
  • 安全系統。
  • 控制與監測系統。

原報告引用版本:

  • Rules and Regulations for the Classification of Ships using Gases or other Low-flashpoint Fuels, July 2023

第 6 章:總結#

LR 對氨燃料的整體結論可整理為:

  1. 引擎與船舶技術已從概念階段逐步進入實船訂單與安裝階段。
  2. 低碳氨供應鏈正同步發展,但供應量與價格仍不確定。
  3. 低碳氨的成本取決於再生電力、綠氫及 CCS。
  4. 生命週期分析將直接決定合規價值與投資可行性。
  5. 安全挑戰重大,尤其是毒性、洩漏擴散、材料相容性與人因工程。
  6. HAZID、HAZOP、QRA、AiP 與風險基礎認證是早期專案不可或缺的工具。
  7. 氨可能成為深海航運重要的無碳分子燃料,但成功採用必須同時解決技術、投資、法規、供應與社會接受度。

第 7 章:附錄#

7.1 技術成熟度 TRL#

等級 階段 定義
1 Idea 觀察到基本原理
2 Concept 形成技術概念
3 Feasibility 初步評估可行性與技術
4 Validation 整合原型於測試環境驗證
5 Prototype 原型於使用者環境測試
6 Product 前量產產品
7 Pilot 小規模示範生產
8 Market Introduction 製造、測試、驗證及資格確認完成
9 Market Growth 產品與生產全面營運

7.2 投資成熟度 IRL#

等級 階段 定義
1 Idea 假設性商業提案
2 Trial 小規模商業試驗
3 Scale-up 商業規模擴大
4 Adoption 多項商業應用
5 Growth 市場競爭推動廣泛發展
6 Bankable Asset 可融資資產類別

7.3 社群成熟度 CRL#

等級 階段 定義
1 Challenge 確認社會問題、可能方案及影響
2 Testing 與利害關係人初步測試方案
3 Validation 由相關利害關係人驗證方案
4 Piloting 在相關環境中示範並取得回饋
5 Planning 完成社會適應計畫與資格確認
6 Proven Solution 實際方案已在相關環境證明可行

7.4 氨的顏色分類#

顏色 其他名稱 生產方式
黑氨 以煤作為原料
棕氨 與黑氨相同,名稱可互換
灰氨 以天然氣等化石燃料製氫,CO₂ 未受控制排放
藍氨 天然氣製氫並配合 CCS,大幅降低直接 CO₂ 排放
綠氨 e-ammonia 以風力、太陽能等再生電力製氫,並以再生能源完成製氨
粉紅氨 紅氨 使用核能生產
黃氨 製程類似綠氨,但使用國家電網電力

驗船師實務閱讀重點#

本節為依原報告各章內容整理的檢查思路,不取代 LR Rules、IGF Code、IGC Code、核准圖面、製造商文件或專案 HAZID/HAZOP 結論。

A. 圖面與風險文件#

  • Alternative Design/RBC 適用範圍是否明確。
  • HAZID、HAZOP、QRA 是否涵蓋毒性與燃爆雙重風險。
  • 是否定義合理可預見最嚴重洩漏情境。
  • Toxic Area Plan 與 Hazardous Area Plan 是否一致。
  • Escape、muster、air intake、vent outlet 是否避開氨擴散區。

B. 儲槽與材料#

  • 儲槽型式、設計壓力、最低設計溫度。
  • 次屏障與洩漏偵測安排。
  • TCS 的氣密、排水、通風與偵測。
  • 鋼材 SCC 評估。
  • 銅、銅合金、鋅等禁用材料排除。
  • 墊片、O-ring、sealant 的製造商相容性證明。

C. 管路與閥件#

  • 雙層管路/次屏障完整性。
  • DBB 閥配置。
  • Master Fuel Valve 與 ESD 邏輯。
  • 遠端關斷位置是否可於安全區操作。
  • 吹除、回流、catch tank、purge tank 流向是否正確。
  • 壓力釋放不得直接造成有毒排放。

D. 通風與氣體偵測#

  • 燃料準備室是否適當分隔。
  • 是否採用不同原理的多重偵測器。
  • 偵測器位置是否涵蓋高處與可能形成重氣雲的低處。
  • 通風排出口是否遠離人員區、進氣口與逃生路線。
  • 警報、通風、ESD 與機器停機連鎖是否經功能試驗。

E. 加注系統#

  • 船岸/船船相容性評估。
  • 加注接頭、ERC/ESD、乾式接頭與滴盤。
  • 超壓與液封風險。
  • 排液、洩放與殘液處理方式。
  • 閉式或半閉式加注站的氣密性。
  • 加注前、中、後氮氣吹除與氣密試驗。

F. 主機與排氣後處理#

  • 氨模式切換條件。
  • 最低引燃油比例及低負荷限制。
  • NOx、NH₃ slip、N₂O 控制策略。
  • SCR 適用於 Tier II/III 的實際認證配置。
  • 異常燃燒、misfire、knocking 或燃燒不穩定的保護邏輯。

G. 船員與操作#

  • 氨專用 PPE 與逃生呼吸設備。
  • 洩漏、暴露、洗消與醫療程序。
  • 進入氨設備空間的時間與權限控制。
  • 船員訓練、演習及緊急應變。
  • 船舶 SMS、維修程序與 Permit to Work 是否更新。

關鍵縮寫#

縮寫 英文 中文
AEA Ammonia Energy Association 氨能源協會
AFIR Alternative Fuels Infrastructure Regulation 替代燃料基礎設施法規
AiP Approval in Principle 原則性認可
ARMS Ammonia Release Mitigation System 氨釋放緩解系統
CCC Sub-Committee on Carriage of Cargoes and Containers IMO 貨物與貨櫃運輸次委員會
CCS Carbon Capture and Storage 碳捕集與封存
CRL Community Readiness Level 社群成熟度
DBB Double Block and Bleed 雙重隔離與洩放
ESD Emergency Shutdown 緊急停機/緊急關斷
FSS Fuel Supply System 燃料供應系統
FVU Fuel Valve Unit 燃料閥組
HAZID Hazard Identification 危害辨識
HAZOP Hazard and Operability Study 危害與可操作性分析
IGC Code International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk 國際散裝運輸液化氣體船舶構造與設備章程
IGF Code International Code of Safety for Ships using Gases or other Low-flashpoint Fuels 使用氣體或其他低閃點燃料船舶國際安全章程
IRL Investment Readiness Level 投資成熟度
LCA Lifecycle Assessment 生命週期評估
LHV Lower Heating Value 低位發熱量
RBC Risk-Based Certification 風險基礎認證
SCC Stress Corrosion Cracking 應力腐蝕裂紋
SCR Selective Catalytic Reduction 選擇性觸媒還原
TCS Tank Connection Space 儲槽連接空間
TRL Technology Readiness Level 技術成熟度
WtT Well-to-Tank 井到槽/生產供應階段
WtW Well-to-Wake 井到尾流/全生命週期

一句話結論#

氨不是「只要換一具引擎」就能導入的燃料,而是一套必須同時處理毒性、材料、儲存、加注、通風、氮氣吹除、排氣後處理、生命週期認證與低碳供應鏈的完整船舶能源系統。