若氨燃料能被航运界接受，预计到2030年，氨的需求量将是目前其全球产量的两倍。

在监管机构和环保组织推动航运业减排的大背景下，业界提出了多种可替代船用燃料方案。

在世纪之交时，船用重油（HFO）曾被视为油价不断上涨问题的解决之道。几年后，当减少氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）排放成为当务之急，业界认为，在液化天然气（LNG）加注设施建设取得突破之前，蒸馏燃料如船用柴油（MDO）和船用轻柴油（MGO）将是船用燃料未来的发展方向。同时，也有业内人士认为燃料电池最终会取代内燃机，且航运业还需要其他燃料来源。

此后，国际海事组织（IMO）——该组织已通对高燃料效率的监管来逐步减少温室气体排放——于2018年宣布了航运业全面去碳化的路线图。这意味着，全行业和船舶动力系统生产商需对各种燃料替代方案进行认真评析。

只有所有船舶动力系统的燃料均不含碳，航运业才能真正实现低碳化，这无疑就将石油、LNG、甲醇和液化石油气（LPG）排除在外。不过，一些实用主义者会同意将碳中和燃料（如生物柴油或合成液化天然气）作为化石燃料的替代品。相比之下，氨可谓一种真正的无碳可替代燃料，已经被研究了相当长的时间。

2008年，卡特彼勒（Caterpillar）公司申请了一项以氨为燃料的发动机专利。尽管其并不是专门针对船用发动机的，但考虑到该公司在船用动力系统领域的市场份额，可以推测其也有可能应用在航运领域。

在其专利申请文件中，卡特彼勒指出了氨的优点，即无二氧化碳排放、能量密度相对较高、生产工艺成熟、价格具有竞争力。而氨的缺点是，其燃烧率较低，导致它在不同的发动机负荷条件下不够稳定。氨用作船舶燃料还有一个负面因素，即需要占用空间以布置双燃料动力系统和燃料储存系统。

卡特彼勒还在其专利申请文件中提到，该公司早在20世纪60年代就开展了相关研发工作——这可能会令许多航运界人士感到惊讶，因为他们甚至在那之后的很长时间内，也并未将氨视为可替代燃料，而只将其视为气体运输船的货物，或将其用于进行选择性催化还原反应以减少氮氧化物排放。目前，卡特彼勒公司这一专利申请已处于“放弃"状态。

不过，约从5年前开始，在发动机制造商和科研人员的心目中，氨作为船用燃料的可能性逐渐增加——尽管当时被大力推广的可替代燃料是LNG。

从那时起，氨燃料获得了更多的支持者，相关研发工作也开始起步，瓦锡兰和曼恩能源解决方案公司都倡导将其作为未来的燃料，并做出相应努力。

克服障碍

氨的分子式为NH3，这意味着其只由氮和氢组成，因而是一种无碳燃料——尽管在燃烧试验中会有极少量的二氧化碳排放。这意味着，业界需要解决的主要问题是避免形成氮氧化物，因为在燃烧过程中，氨和空气中的氮会与空气中的氧结合。

业界对上述问题进行了重点研究。就目前而言，由于利用电控发动机即可轻易控制燃烧过程和所需的先导燃料数量，燃烧过程中会产生少量二氧化碳不再被认为是无法克服的障碍。相比之下，氮氧化物的形成可能是更大的问题，但与现有燃料的解决方案类似，若采用选择性催化还原技术即可控制其排放量。

氮氧化物的形成之所以是一个问题，是因为氨需要更高的温度才能点燃，而氮氧化物正是在高温下形成的。船用重油的最低自燃温度是250℃，而氨的最低自燃温度是650℃。此外，氨对铜、铜合金、镍浓度大于6%的合金和塑料有腐蚀性。

氨如此高的温度和腐蚀性，意味着船舶发动机、燃料系统的部件可能需要采用新材料制造，而这也是瓦锡兰在其研究计划中关注的一个领域。曼恩也在关注这方面的问题，该公司认为，需要彻底研究这一问题对所有相关发动机设计参数的影响，以确保发动机和燃料供应系统高效和安全。

不仅如此，由于氨是一种有毒物质，因此安全将是至关重要的。高浓度的氨若泄露到空气中，会立刻灼伤人的眼睛、鼻子、喉咙和呼吸道，并可能导致失明、肺部损伤或死亡。即便被吸入人体的氨浓度较低，也会引起咳嗽，对鼻子和喉咙形成刺激。不过，尽管如此，氨仍是常见的工业化学品，长期以来一直由船舶运输。因此，航运业在其储存和使用程序及安全措施方面有着丰富的经验。曼恩公司表示，大部分氨燃料系统采用双壁管道，以最大限度地降低其泄漏风险。

作为一种燃料，氨可以在环境温度、压强为8巴（bar）的条件下以液体形式储存，也可以冷藏到零下33摄氏度储存。目前国际海事组织还未把氨纳入其“国际船舶使用燃气或其他低闪点燃料安全（IGF）规范"，但正讨论未来将其纳入其中。目前，LNG储罐能够很好地储存氨，且其内部温度不需要降至LNG所需的更低地零下163摄氏度。不过，因氨有毒性，对其储存和燃料管道的密封性要特别注意。

氨并非完美的燃料，因其能量密度只有燃油的三分之一。这会导致船舶的续航能力相应减少，对远洋船舶来说是一大缺点，除非氨加注设施能得以快速建设。不过，在这之前，氨仍然可以在减少船舶二氧化碳排放方面发挥作用——氨与燃油或LNG以不同比例混合，就能作为适当改装后的发动机燃料。

发动机若使用上述混合燃料，则两种燃料须分别储存在满足其技术特点要求的单独储罐中，此后或者先在压力下混合，或者经由两个单独的系统被喷射到燃烧室。若一艘船计划采用双燃料，则后一种方案更具可行性。

争做第一

在船舶利用氨燃料发面，发动机制造商之间有一些竞争。曼恩自2019年开始对氨的燃烧过程进行研究，并在2020年通过建造4T50ME-X型二冲程试验样机启动了其主要研发项目。近年来，曼恩已经开发了ME发动机的几种不同燃料的版本。业界认为，其氨燃料发动机很可能会与其以LPG为燃料的ME-LGIP型机有许多共同特性。

曼恩计划在2021—2022年对氨燃料发动机进行测试，研究其尾气后处理及排放情况；随后在2023年进行动机全面测试；并在2024年增加1台氨发动机用于研究；最终在2025年对合适的已装船发动机进行改装配套。该公司曾单独开展相关研究，后于2020年成为丹麦创新基金相关项目团队的合作伙伴。该项目团队还有燃料系统供应商Eltronic FuelTech、丹麦工业大学（DTU）和船级社DNV GL。

瓦锡兰则已为其四冲程氨燃料发动机选定了候选船东。去年6月，该公司宣布与Repsol和挪威船东Knutsen OAS联合开展一个项目，且此前已开始进行测试，并取得了“可喜的成果"。据悉，其首台发动机很可能是多燃料发动机，用于组成海上补给船的多发动机柴电系统。

日本也在广泛研究氨燃料，已于2020年夏公布了两个项目。去年8月，日本邮船（NYK）和日本海事协会（Class NK）宣布携手日本海洋联合（JMU）开始开发氨燃料气体运输船。1个月后，二者又与石川岛播磨重动力系统公司开展了另一个项目，旨在将全球首艘氨燃料拖船投入使用。不过，上述项目的完成日期未被透露。

有分析家分析称，若氨燃料能被航运界接受，预计到2030年氨的需求量将是目前其全球产量的两倍。如果这一预测成真，则需大规模增加其产能，并采用比目前更绿色的方法来进行生产。否则，氨这一需消耗更多化石燃料才能生产的燃料，无法给航运业带来更大益处。