探索用于海洋脱碳的碳捕获技术：以一艘军舰为例的研究

《Applied Nursing Research》：Exploring carbon capture for maritime decarbonization: A case study on a military vessel

碳捕获技术在海军舰艇减排中的应用研究

　　
本文针对海军舰艇碳排放问题，系统研究了碳捕获技术的可行性及实施路径。研究聚焦胺基吸收与钙循环两种主流技术，通过现代驱逐舰的案例验证，揭示了军事船舶减排的技术经济特性及实施难点。研究发现，胺基吸收技术虽捕获效率达75%，但需额外燃料消耗导致净减排率仅为50%，且对船舶空间和稳定性造成显著影响。钙循环技术虽然捕获率较低（30%-60%），但通过固体碳酸盐的海洋排放实现了零储运成本，且对续航力的削弱不超过3%，显示出更强的军事适用性。

在技术经济性方面，胺基吸收系统每吨二氧化碳捕集需额外消耗188克燃料，钙循环系统需约2150公斤氢氧化钙药剂。虽然钙循环系统初期药剂成本较高（约300美元/公斤），但其捕集能耗仅为胺基系统的1/3，且通过船舶动力余热实现热源自给，降低了能源依赖风险。研究特别指出，LNG动力舰艇的余热回收系统可降低钙循环30%的能源需求，这对需要持续作战的军事平台尤为重要。

系统集成层面，胺基吸收装置占用了驱逐舰15%的甲板空间，且需配备专用储罐和气化系统，导致满载排水量增加2.8%-22%。相比之下，钙循环系统仅需增加3%-4%的排水量，其模块化设计允许通过损管舱改造实现部署。研究团队开发的集成方案显示，钙循环系统在甲板层布局中可实现与现有雷达、声呐系统的兼容，而胺基系统需重新规划动力舱室，这在军事舰艇改装中具有决定性影响。

环境合规性方面，国际海事组织（IMO）最新拟定的《船舶全生命周期评估指南》将碳捕获设备纳入型式认可范畴，要求系统具备10年持续稳定运行能力。胺基吸收系统的溶剂再生温度需控制在120-140℃，与军事舰艇现有冷却系统兼容性良好。钙循环系统的碳酸钙处置需符合伦敦公约修正案，研究提出的三阶段处置方案（海上稀释、生物降解、海洋沉积）已通过模拟实验验证，其pH值调节能力可使排放水体达到自然海水的0.5-1.2倍缓冲容量。

在军事应用场景中，研究特别揭示了钙循环技术的战略优势：其一，固体碳酸盐的密度（2.7g/cm3）仅为液态二氧化碳的1/5，显著降低储运风险；其二，药剂补给周期可达3个月（按日消耗1.15吨计算），满足远洋作战需求；其三，系统可整合至现有动力舱室，通过双燃料引擎的余热回收系统实现能源自给。试验数据显示，在18节航速下，钙循环系统可使续航力仅降低3%，而胺基系统需每日额外消耗3.7吨燃油维持运行。

政策建议部分，研究提出建立"三环认证"体系：内环（系统可靠性）、中环（排放合规性）、外环（战略适配性）。建议IMO将钙循环固体排放纳入A类无害废物清单，并制定《船舶碳封存操作手册》。对于军事应用的特殊性，研究建议设立"作战冗余系数"评估标准，要求碳捕获系统在武器系统故障时的持续运行能力不低于72小时。

技术迭代路径方面，研究划分了胺基吸收系统的优化阶段：初期（2025-2027）重点提升溶剂再生效率，目标将能耗降低40%；中期（2028-2030）开发纳米复合溶剂，预期捕集率提升至85%；长期（2031-2035）探索太阳能驱动的再生系统。钙循环技术则聚焦于药剂稳定性改进，计划在2026年前实现固体氢氧化钙的十年保质期。

该研究为军事船舶减排提供了关键决策依据：对于近海防御舰艇（排水量<8000吨），推荐采用模块化钙循环系统，其边际减排成本仅为胺基系统的1/4；对于远洋作战舰艇（排水量>10000吨），建议采用"胺基+储能电池"的混合方案，可平衡30%-45%的捕集率与15%-20%的续航力保留。研究特别强调，军事减排不应局限于技术层面，更需要建立"碳效能-作战效能"的关联评估模型，将减排指标纳入战备值班体系。

在后续研究中，建议开展三个方向的突破：①开发船用专用胺基溶剂，将再生能耗降低至5%以下；②研制耐腐蚀碳酸盐催化剂，提升钙循环系统在海水环境中的稳定性；③建立"战时-平时"双模式运行机制，通过动态调整捕集率（50%-90%）匹配不同作战阶段的需求。这些技术突破将推动军事船舶实现深度脱碳，为未来六代舰艇设计提供关键支撑。