国际航运氢基电子燃料可持续性评估框架：全生命周期视角下的温室气体减排潜力分析

国际航运业面临严峻的温室气体(GHG)减排挑战，本文提出前瞻性生命周期评估(pLCA)框架，系统分析氢基电子燃料(如e-氨、e-甲醇)在船队动态模型中的减排潜力。研究整合电力碳强度、燃料生产技术成熟度(TRL)及IMO法规(EEXI/CII)影响，揭示可再生能源电力是实现WtW(油井到螺旋桨)净零排放的关键，为依赖能源进口国家(如韩国)制定航运脱碳策略提供量化工具。

　　

全球航运业贡献了近3%的人为温室气体排放，国际海事组织(IMO)提出2050年净零排放目标，但现有政策仅针对船舶运行阶段(TtW)的CO₂排放，忽略燃料生产环节(WtT)的碳足迹。氢基电子燃料虽在燃烧时零碳，但其生产依赖高耗能工艺，若采用传统电网电力可能导致全生命周期(WtW)排放反增。韩国作为能源进口大国，亟需建立科学评估体系权衡不同燃料路径的减排效益。

研究团队开发了集成动态船队模型的前瞻性生命周期评估(pLCA)框架，通过模拟2062艘5万总吨以上散货船在2030-205年的燃料转换场景，量化了氢、氨、甲醇、LNG等电子燃料的减排潜力。关键技术包括：1) 基于电解水(PEM/ALK)、CO₂直接空气捕获(DAC)等工艺的燃料生产路径建模；2) 考虑技术成熟度(TRL)和电网脱碳进程的动态排放因子计算；3) 整合IMO能效指数(EEXI)和碳强度指标(CII)的船队运营模型；4) 高低两种运输需求情景下的敏感性分析。

燃料生产路径与WtT排放

研究发现采用电网电力时，质子交换膜电解(PEM)制氢的WtT排放高达281.73 gCO₂eq/MJ，但若使用风电可降至2.70 gCO₂eq/MJ。氨合成采用低温空气分离(ALK-Cryo)比变压吸附(PSA)减排10%，而DAC技术生产的e-LNG排放比工业点源捕获高21%。

船队动态与TtW特征

配备低速高压双燃料发动机(LS-HPDF)的LNG船TtW排放最低(59.3 gCO₂eq/MJ)，但甲烷逃逸贡献45%排放。氨燃料因N₂O排放(0.0005 t/t燃料)需配套SCR处理系统，而氢燃料的TtW强度仅1.0 gCO₂eq/MJ但依赖化石基引燃燃料。

全生命周期减排潜力

在高速增长情景下，2050年氨燃料船队可实现减排92%(对比HFO基准)，但若考虑进口液氢运输的排放，WtW总排放将增加85%。研究特别指出，即使采用风电制氢，韩国进口CO₂原料的运输环节仍占e-LNG总排放的90%。

该研究首次将燃料生产技术演进、船队更新规律与航运法规动态耦合，证明仅依靠10%的零碳燃料渗透率难以实现IMO 2030年减排目标。成果为《RENEWABLE》期刊提供了航运脱碳领域的方法论创新，其建立的pLCA框架可扩展至生物燃料评估，而揭示的"电力碳强度-运输排放"双重约束机制，对港口绿色走廊建设具有重要指导价值。研究同时警示，若国际航运未能同步脱碳，能源进口国的电子燃料战略将面临显著减排天花板。