全球海運(yùn)承擔(dān)了超過(guò)80%的國(guó)際貿(mào)易運(yùn)輸量，但同時(shí)也產(chǎn)生了近10億噸溫室氣體，其環(huán)境代價(jià)令人矚目。盡管可再生能源蓬勃發(fā)展，但由于重油具有高能量密度和長(zhǎng)航程可靠性，它仍是航運(yùn)業(yè)的主導(dǎo)燃料。面對(duì)國(guó)際海事組織（IMO）設(shè)定的2050年左右實(shí)現(xiàn)凈零排放的宏偉目標(biāo)，船東、港口及發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正面臨巨大壓力，必須尋找能夠在海上連續(xù)運(yùn)行數(shù)周且不影響安全與自主性的替代能源。

在此背景下，氨作為一種無(wú)碳化合物，因其易于儲(chǔ)存且全球供應(yīng)鏈成熟，成為脫碳海運(yùn)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，氨的點(diǎn)火困難、燃燒緩慢以及可能產(chǎn)生氮氧化物排放等問(wèn)題，限制了其直接應(yīng)用。與此同時(shí)，氫氣雖然燃燒清潔迅速，但將其作為船用燃料的Zui大瓶頸在于儲(chǔ)存：液化需降至零下253攝氏度，高壓壓縮則需龐大且昂貴的儲(chǔ)罐，這在寸土寸金的商船上極不經(jīng)濟(jì)。

原位裂解技術(shù)突破儲(chǔ)存瓶頸

新加坡國(guó)立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《焦耳》（Joule）期刊上發(fā)表了一項(xiàng)創(chuàng)新研究，提出了一種氨氫混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)概念。該設(shè)計(jì)的核心在于“原位制氫”：利用單一氨燃料艙，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中，將部分氨直接轉(zhuǎn)化為氫氣。

具體而言，當(dāng)氨在高溫高壓的燃燒室內(nèi)發(fā)生分解時(shí)，會(huì)釋放出氫氣。隨后，這些富含氫氣的廢氣被循環(huán)回其他氣缸，以改善整體燃燒效率。這種設(shè)計(jì)巧妙地避開(kāi)了傳統(tǒng)方案中依賴(lài)外部重整器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的氨裂解技術(shù)通常需要在約550攝氏度的高溫下，使用昂貴的釕等催化劑進(jìn)行外部轉(zhuǎn)化，這不僅增加了設(shè)備的體積和重量，還帶來(lái)了顯著的能量損失和維護(hù)成本。

新加坡團(tuán)隊(duì)的技術(shù)大幅簡(jiǎn)化了輔助基礎(chǔ)設(shè)施，減少了部件數(shù)量、重量和占用空間。在航運(yùn)業(yè)中，每一立方米的甲板空間和每一噸的載重都至關(guān)重要，這種輕量化設(shè)計(jì)具有極高的商業(yè)價(jià)值。

無(wú)輔助柴油點(diǎn)火與排放優(yōu)化

除了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，該發(fā)動(dòng)機(jī)還采用了主動(dòng)預(yù)燃室技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定點(diǎn)火。許多氨燃料實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)仍需少量柴油作為引燃劑，這使其無(wú)法完全擺脫化石燃料依賴(lài)。而新加坡團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)通過(guò)預(yù)燃室內(nèi)更易燃混合物的燃燒，產(chǎn)生高溫湍流射流，從而直接點(diǎn)燃主氣缸內(nèi)的氨。

這一突破意味著發(fā)動(dòng)機(jī)可在無(wú)輔助柴油的情況下運(yùn)行，每減少一升化石燃料的使用，都使航運(yùn)業(yè)向碳中和目標(biāo)邁進(jìn)了一步。初步模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)有望提高熱效率，并減少未燃氨和一氧化二氮等有害排放。鑒于氧化亞氮的長(zhǎng)期全球變暖潛能值是二氧化碳的273倍，控制其排放至關(guān)重要。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)平衡點(diǎn)：當(dāng)氫氣在發(fā)動(dòng)機(jī)能量輸入中的比例超過(guò)約12%時(shí)，效率提升將不再明顯，反而會(huì)導(dǎo)致燃燒溫度升高，進(jìn)而增加氮氧化物排放。因此，控制氫氨混合比例將是該技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

全球脫碳競(jìng)賽與技術(shù)融合前景

當(dāng)前，海運(yùn)業(yè)正處于加速轉(zhuǎn)型期。歐盟已將部分海運(yùn)納入碳排放交易體系（ETS），并推出《FuelEU Maritime》法規(guī)激勵(lì)低碳燃料使用。與此同時(shí)，馬士基、達(dá)飛輪船和商船三井等航運(yùn)巨頭正投入數(shù)十億美元研發(fā)綠色甲醇、氨或氫燃料船舶。韓國(guó)、日本和新加坡正積極爭(zhēng)奪未來(lái)船用燃料的技術(shù)高地，其中新加坡作為全球主要港口，致力于成為低碳燃料供應(yīng)中心。

這種多元化的技術(shù)路線意味著未來(lái)幾十年內(nèi)，多種燃料和技術(shù)將在海上共存。新加坡的這項(xiàng)原位制氫技術(shù)，為大型遠(yuǎn)洋船舶提供了一條務(wù)實(shí)的過(guò)渡路徑。它無(wú)需依賴(lài)目前在大船上尚不成熟的電池技術(shù)，而是通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有燃料的使用效率來(lái)實(shí)現(xiàn)減排。

展望未來(lái)，此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)可與其他綠色航運(yùn)措施相結(jié)合，如現(xiàn)代輔助風(fēng)帆、航線數(shù)字化優(yōu)化、商業(yè)減速、港口電氣化或機(jī)載碳捕獲系統(tǒng)。雖然不存在單一的“魔法解決方案”，但能夠在海洋中央自行生產(chǎn)氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)疑是拼湊出全球氣候治理版圖的重要一塊。

對(duì)于中國(guó)造船業(yè)及內(nèi)燃機(jī)制造商而言，這一技術(shù)路線提供了重要的啟示：在氫能基礎(chǔ)設(shè)施尚未完全成熟的過(guò)渡期，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新來(lái)適配替代燃料，可能比單純依賴(lài)外部?jī)?chǔ)氫設(shè)施更具工程可行性。中國(guó)企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注氨裂解催化材料及燃燒控制算法的研發(fā)進(jìn)展，提前布局下一代綠色船用動(dòng)力系統(tǒng)的核心專(zhuān)利與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以在全球航運(yùn)脫碳浪潮中占據(jù)主動(dòng)。