船舶碳捕集与封存系统的热经济与环境性能多维度分析：基于不同船型的全生命周期评估

为解决航运业面临的CO2 减排压力，研究人员针对碳捕集与封存（CCS）系统在船舶应用的可行性开展热经济与环境性能研究。通过分析9类29种船型的运行参数与统计数据，发现仅利用废热再生时CO2 捕获率达30-55%，LNG运输船成本最优（79.2-344美元/吨CO2 ）。研究为IMO减排目标提供了关键技术路径与设计优化方案。

　　

随着国际海事组织（IMO）将航运业减排目标提升至2050年净零排放，船舶碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage, CCS）技术成为破解环境约束与运营成本矛盾的关键突破口。尽管陆地设施中CCS已实现90%以上的CO₂
捕集率，但船舶因动态负载、空间限制和燃料多样性等特性，其应用面临巨大挑战。现有研究多聚焦单一船型或固定工况，缺乏基于真实运营数据的系统性评估。为此，伊斯坦布尔理工大学的研究团队在《International Journal of Greenhouse Gas Control》发表论文，首次构建覆盖9大类29种船型的全生命周期分析模型，揭示了CCS技术在船舶应用中的性能边界与经济规律。

研究采用三大关键技术：基于2106万载重吨（DWT）订单数据的船型运营特征统计建模、MAN二冲程发动机多工况热力学仿真（含75%最大持续功率MCR参数）、以及胺溶剂（MDEA-PZ混合液）吸收-再生耦合CO₂
液化系统的动态过程模拟。通过整合资本支出（CAPEX）与运营支出（OPEX）构建生命周期成本（LCC）模型，量化了不同设计负载对经济性的影响。

Operational profiles and main dimensions of ship types
研究统计发现油轮、散货船和集装箱船占全球订单量的90.9%，其发动机负载波动显著：满载时平均负载70-90%，压载状态仅30-50%。这种动态特性导致传统固定设计CCS系统效率低下。

Modeling of power systems for studied ships
基于MAN发动机参数建立的热力学模型显示，LNG运输船因燃料清洁性（低硫、高甲烷含量）使废气处理难度降低，其单位功率CO₂
排放量较重油动力船减少23.7%。

Modeling of Carbon capture and storage system
MDEA-PZ混合溶剂在船舶晃动环境下仍保持92%吸收效率，但废热驱动再生时CO₂
捕获率上限为55%。若采用辅助热泵，捕获率可提升至78%，但LCC增加19.3%。

Economic analyses
LCC分析表明：5万载重吨Kamsarmax型散货船将CCS设计负载从100%降至75%MCR时，成本降低17.9%，仅牺牲3.45%的CO₂
捕获量。LNG运输船因可整合BOG（蒸发气）再液化系统，LCC最低至79.2美元/吨CO₂
。

Results and discussion
关键发现包括：集装箱船因高功率密度导致单位CO₂
处理成本达344美元/吨；而采用统计负载设计的系统比固定负载方案年均多捕获12.7%CO₂
。

Conclusion
该研究首次证明基于统计负载的CCS动态设计可使航运业CO₂
减排成本降低17-22%。LNG运输船因其燃料特性与冷能利用优势成为最佳应用对象，为IMO 2030年减排40%的目标提供了可量化技术路径。研究建立的29种船型数据库与多参数优化模型，将成为航运业CCS标准化设计的基准工具。