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:
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。
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。
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。
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。
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#
- 約 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。
- 約 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) |
| 硫 | 無 |
| 碳 | 無 |
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:
- 降低儲存溫度,以降低氨燃料安全風險。
- 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。
- 限制、監控進入氨設備空間的人員,以及停留時間。
- 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。
- 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:
- 以氨貨物作為燃料的氣體運輸船。
- 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 |
|---|---|---|---|---|
| 氨 | mass% | 最低 | 99.5 | 待定 |
| 水 | mass% | 最低 | 0.1 | ISO 7105 |
| 水 | mass% | 最高 | 0.5 | ISO 7105 |
| 油 | mass% | 最高 | 0.4 | ISO 7106 |
| 氧 | mass% | 最高 | 待定 | 待定 |
| 氮 | mass% | 最高 | 0.3 | 待定 |
| 硫 | 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:
- EU MRV 修訂。
- EU ETS 修訂。
- FuelEU Maritime。
- Alternative Fuels Infrastructure Regulation(AFIR)。
- 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:
- 氨作為能源載體的海運需求增加。
- 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:
- 如何將有限的綠色能源分配給航運。
- 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:
- 加注站與燃料儲槽。
- 氨燃料供應系統(FSS)。
- 燃料閥組(FVU/fuel valve train)。
- 氨管路系統。
- 透氣系統。
- 通風系統。
- 氮氣供應系統。
- 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:
- 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。
- 低碳氨供應鏈正同步發展,但供應量與價格仍不確定。
- 低碳氨的成本取決於再生電力、綠氫及 CCS。
- 生命週期分析將直接決定合規價值與投資可行性。
- 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。
- HAZID、HAZOP、QRA、AiP 與風險基礎認證是早期專案不可或缺的工具。
- 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。