面向2050年脱碳目标的LNG运输船中船载碳捕集系统的技术与经济及监管评估

《Energies》：Techno-Economic and Regulatory Assessment of Onboard Carbon Capture Systems in LNG Carriers Toward the 2050 Decarbonization Horizon Eleni Strantzali, Nikolaos Vasilikos, Georgios A. Livanos and Dimitrios Nikolaos Pagonis

　　

碳捕集与储存（CCS）技术已被广泛采用，主要应用于常规发电厂。海上运输必须与2050年目标保持一致，并大幅减少其环境足迹。船载碳捕集与储存（OCCS）似乎是一种立即可行的解决方案，直到替代燃料被采用并全面实施。本研究对OCCS的实施进行了监管合规性评估和技术经济分析。选取了一艘液化天然气（LNG）运输船作为案例研究，原因是LNG储存系统与船上CO₂储存之间具有内在兼容性。所审查的法规包括计算因实施欧盟排放交易体系（EU ETS）、FuelEU Maritime和IMO净零框架（NZF）而产生的相应罚款。在评估提案的可持续性时，还考虑了安装OCCS的成本。结果表明，OCCS在对抗海上运输排放方面显示出真正的潜力，但目前在经济上不可行。其可行性主要依赖于明确的监管指南和有效的激励措施，以鼓励其采用，同时抵消投资和运营成本。最后，本研究还试图解决现有立法中的模糊性，使OCCS成为可行的选择。

**论文解读：面向2050年脱碳目标的LNG运输船中船载碳捕集系统的技术与经济及监管评估**

### 1. 研究背景与问题

国际海事组织（IMO）2023年温室气体（GHG）战略设定了到2050年实现国际航运净零排放的目标，并要求2030年零/近零排放燃料和技术贡献至少5–10%的能源需求。然而，替代燃料的大规模普及尚需时日，现有化石燃料船舶在过渡期内仍需运营。船载碳捕集与储存（OCCS）被视为一项短期可行方案，可从现有船舶的废气中分离并储存CO₂。尽管OCCS技术（如基于单乙醇胺（MEA）的化学吸收法）已在陆上成熟应用（技术就绪水平TRL 7–9），但在船舶上的集成面临额外能耗、空间限制、储运基础设施缺失以及监管框架不完善等挑战。现有文献大多聚焦于特定船型的技术经济评估，缺乏将现行所有法规（EU ETS、FuelEU Maritime、IMO NZF）纳入统一经济量化框架的综合研究。为此，研究人员选取一艘17.4万m³液化天然气（LNG）运输船作为案例，开展加装与未加装OCCS的对比性技术经济与监管合规评估，以探究其经济可行性及监管政策对其的影响。

### 2. 关键技术与方法

研究人员采用以下主要方法开展分析：
（1）**技术分析**：基于该LNG运输船的实际运营数据（航线：美国Freeport至荷兰Rotterdam，航速15节，年运营358天，26年周期至2050年），计算两种情景下的燃料消耗与CO₂排放。OCCS系统采用W?rtsil?公司基于30% MEA溶液的化学吸收技术，保守设定捕获率为60%，系统所需电负荷989 kW（含5%裕度），由此导致总燃料消耗增加16%。
（2）**监管合规评估**：依据EU ETS（基于排放的罚款，CO₂价格从80美元/t逐步升至142美元/t）、FuelEU Maritime（基于能源强度的罚款，罚金2400欧元/吨VLSFO等价物）以及IMO NZF（基于GFI指标的补救单元罚款，Tier 1: 100美元/tCO₂eq，Tier 2: 380美元/tCO₂eq），分别计算两情景下各年份的罚款金额。
（3）**经济评估**：计算资本支出（CAPEX，来自制造商和船厂数据，总计约1500万美元）、运营支出（OPEX，包含MEA溶剂消耗、额外燃料成本、CO₂卸载成本）、以及净现值（NPV）、内部收益率（IRR）、折现回收期等财务指标。燃料价格采用2025年初休斯顿和鹿特丹平均价（LNG: 827美元/t，LSMGO: 741美元/t），并假设年增长率1%。
（4）**敏感度分析**：针对燃料价格年增长率（LNG: 1.0%/1.5%/2.5%；LSMGO: 0.5%/1.0%/1.5%）对Case 3（引入eoccs调整）的财务结果进行检验。

### 3. 研究结果

**Case 1（无OCCS）**：年CO₂排放量50,465 t，燃料消耗18,178 t/年。依据现有法规，罚款逐年上升，至2050年折现等效现金流（DDECF）与期租等价率（TCE，34,000美元/天）的差值（Δ(TCE, DDECF)）高达TCE的50%，表明罚款已构成沉重财务负担。

**Case 2（加装OCCS）**：年燃料消耗增至20,996 t（+16%），年CO₂排放降至25,632 t（包括LNG和LSMGO）。但由于燃料消耗增加，FuelEU Maritime和IMO NZF罚款反而更高（这些罚款基于燃料消耗而非净排放），导致NPV为–1.8425亿美元，经济上不可行。Δ(TCE, DDECF)进一步恶化，显示现有法规惩罚了节碳却增耗的OCCS。

**引入eoccs调整（Case 3）**：依据IMO 2024指南（MEPC.391(81)）中尚未明确定义的eoccs系数（代表OCCS的减排贡献），研究人员提出一个计算方法，将eoccs/LCV从TtW GHG强度中扣除。修正后GHGITtW降至26.05 gCO₂eq/MJ，使NPV转正为1344万美元，IRR达81.73%，回收期仅3年。该结果与IMO MEPC 83-INF.9报告中甲醇/HFO船加装OCCS后的GHG强度下降趋势一致。

**敏感度分析**：在乐观（LNG 1.0%/LSMGO 0.5%）、中心（1.5%/1.0%）和悲观（2.5%/1.5%）情景下，Case 3的NPV分别为1590万、1340万和–580万美元，表明燃料成本增长率是影响经济性的关键因素，仅在悲观情景下转为负值。

### 4. 讨论与结论

讨论部分指出，现有EU ETS基于排放罚款，而FuelEU Maritime和IMO NZF将罚金重心置于燃料消耗，导致OCCS因增耗反而面临更高罚款，无法体现其净减排效益。引入每日折现等效现金流（DDECF）与TCE对比，进一步证明即便无OCCS，罚款已占TCE的50%，加装OCCS后比例更高，凸显现行监管框架对脱碳技术的不利性。若采纳IMO 2024指南中eoccs调整，则运营商可获得正向财务激励。此外，港口卸载基础设施与船舶改装之间的“鸡与蛋”困境，以及OCCS系统在动态负荷（如机动、靠港、天气变化）下的捕获效率研究，仍是未来推广所需攻克的关键挑战。

研究结论：OCCS虽在技术层面具备减少海上运输排放的巨大潜力，但当前经济可行性不足。其未来生存力依赖于明确的监管指南（如eoccs计算方法的标准化）以及有效的经济激励（如罚款豁免或碳信用），以补偿投资与运营成本。同时，需同步建设港口CO₂卸载与存储基础设施。本论文发表于《Energies》（期刊名源自用户指定），为行业向净零过渡提供了基准评估框架。