氢能重大事件点评：欧盟碳关税关切航运业减排，氢能船舶发展扬帆在即

事项： 欧洲议会在周二（4月18日）批准了“Fit for55”2030计划包的数项关键立法，包括改革碳排放交易体系（ETS）、修正碳边境调整机制（CBAM）相关规则等，主要内容包括将海运纳入碳排放交易体系、逐步削减免费碳排放额度、碳关税调整机制以及建立社会环境基金。欧洲议会批准后，法案还需经过成员国和欧洲理事会(EuropeanCouncil)最终确认通过。 国信电新观点： 1）欧洲议会首次投票决定将海运行业的温室气体排放纳入管理，将加速船舶电动化，促进氢能、液态氨等零碳燃料在海运领域的应用，并带动大功率氢燃料电池、固态、液冷、有机液态储氢技术的发展和商业化应用。 2）船舶领域的储氢标准要求较高，储氢技术必须具有高安全性和高密度等优点，兼具成本经济性优势。 因此我们认为镁基固态储氢技术凭借常温常压的高安全性和高于有液氢的质量密度，以及有竞争力的材料成本，获得更好的发展空间。 3）当前我国船舶领域的电动化以锂电池为主，少量氢燃料电池船舶示范项目应用于河运领域。近海甚至远洋领域亟需技术示范和发展政策，未来纯电船舶和氢能船舶将长期共存。根据《氢能在船舶领域的商业应用》预计2025年氢燃料电池系统船舶数量约500艘，全产业链市场规模将达百亿元，有利于大功率燃料电池制造企业、质子交换膜材料企业、镁基固态储氢制造企业等相关产业链，推荐华电重工。 评论： 欧盟调整“碳关税”政策，首次将海运业纳入管理范畴 欧盟“Fitfor55”计划于2021年公布，提出了包括能源、工业、交通、建筑等在内的12项更为积极的系列举措，承诺欧洲2030年底温室气体排放量较1990年将减少55%。 欧盟碳排放交易体系（ETS）奉行“污染者付费”原则，是欧洲气候政策的核心，也是实现欧盟气候中和目标的关键。最新法案目标为到2030年，ETS涉及的行业温室气体排放量必须较2005年的水平削减62%，较此前欧盟委员会提议的目标高出一个百分点。该法案还计划在2026-2034年间，逐步削减免费发放的碳排放额度。 2019年12月，欧盟委员会在《欧洲绿色协议》中正式提出“碳边境调整机制”（CBAM），计划对在生产过程中碳排放量不符合欧盟标准的进口商品征收关税（即碳边境税）。此方式除了应对气候变化外，还可以保护欧盟企业的竞争力。CBAM涵盖的货物包括铁、钢、水泥、铝、化肥、电力、氢气以及一定条件下的间接排放，欧盟碳排放配额从2020年接近20欧元/吨已经上涨到目前接近100欧元/吨的水平。 图1：欧洲取消碳排放免费额度的进度 图2：欧盟碳排放交易价格 欧洲议会还首次投票决定将海运行业的温室气体排放纳入ETS，并修订航空业碳排放交易体系。随着全球气候变化问题愈加严峻,面向航运业实施碳减排政策受到了越来越多的国际关注。船舶运输是国际贸易的主要货运形式,其承担了全球贸易运输总量的90%以上。尽管船舶运输具有单位耗能低的特点，但每年全球航运业仍排放出相当规模的温室气体。国际海事组织(IMO)发布的《2020年IMO第四次温室气体研究报告》显示，2018年全球航运业温室气体排放量为10.76亿吨,占全球人为温室气体排放总量的2.89%，其中98%是来自船舶的二氧化碳排放。 国际航运业碳减排政策和商业应用案例 2003年,国际海事组织第23届全体大会就通过963号决议,将船舶温室气体减排列为重要的政策议题,要求海上环境保护委员会(MEPC)围绕该议题规划开展一系列评估和开发工作。 2018年MEPC第72届会议通过了《IMO船舶温室气体减排初步战略》(InitialIMOStrategyonReduction ofGHG Emissions fromShips)，提出到2030年,全球航运业平均每运输单位的碳排放强度同2008年相比至少降低40%,到2050年力争降低70%,航运业的年度温室气体排放总量到2050年至少在2008年的基础之上降低50%。 根据上海海事大学章强副教授与管华婷联合发表的论文，国际海事组织的航运碳减排政策体系，在规划引导类政策方面提出了航运业的温室气体减排愿景和目标,并列出短期、中期和长期潜在的备选减排措施,为全球航运业采取碳减排行动指明了方向。短期备选减排措施在2018—2023年间完成审议,中期措施在2023—2030年间完成审议,长期措施则在2030年后进行审议。 从船舶建设、船舶运营管理等多个环节对船舶能效提升和温室气体减排能力提出要求。适用的船舶包括散货船、集装箱船、液货船、杂货船、滚装船、气体运输船、客船等12种类型,也即绝大多数国际航行船舶均受其规制。 在海运方面，2021年由安特卫普港与比利时海事集团（CMB）合作全球第一艘氢动力拖船“Hydrotug”开始建造，该船使用氢气和柴油的双燃料内燃机驱动。挪威国有能源公司Equinor、芬兰船用发动机制造商瓦锡兰以及挪威海工船东Eidesvik也合作研发一艘以氨燃料电池为动力，可完成远距离航行的零排放大型船舶，预计最早将于2024年下水，届时将成为首艘航行于公海的商业化氨动力船。液态氨的能量密度几乎是液态氢的两倍，是锂电池的九倍，可以成为零碳排放船舶的很好选择。（《船舶二氧化碳减排技术研究》黄晶晶，张小玉，王鹏鹏（中船动力研究院有限公司，上海201206） 我国航运业已经确立碳减排方向，发展零碳燃料技术是核心 长期以来,我国高度重视绿色航运发展,2018年11月，交通运输部出台《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，划定了排放控制区域，明确规定自2019年1月1日起，海船进入排放控制区，应使用硫含量不大于 0.5%m/m 的船用燃油。2020年1月1日起，海船进入内河控制区，应使用硫含量不大于 0.1%m/m 的船用燃油。基于氢燃料电池在船舶领域应用优势明显，且不产生温室气体，因此氢燃料电池船舶成为船舶业实现绿色转型的重要选择。 2020年党中央提出“碳达峰”“碳中和”战略目标后,围绕航运碳减排议题,我国出台了一系列政策规定,涉及船舶能效提升、能耗数据收集管理、清洁船用燃料开发、新能源船舶推广等诸多方面。《水运“十四五”发展规划》《交通运输部、国家铁路局、中国民用航空局、国家邮政局贯彻落实〈中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见〉的实施意见》等政策文件也均对推动航运碳减排工作做了相应安排。 氢燃料电池和氢气内燃机相比，其减少了化学能转化为内能的环节，不受卡诺循环的限制，能量转化效率较高。相较锂电池而言，氢燃料电池船舶具有加注时间短、续航里程长、功率密度高等特点，因此在大功率、长航程等场景下，氢能船舶优势会更加明显。我们预期氢能船舶与纯电船舶会分别占有一席之地并长期共存。 国外对于在船舶上使用氢燃料电池的研究起步较早，1964年美国Allis Chalmers设计的750 kW燃料电池就已经装船。国内的燃料电池研究相对较晚，但近几年发展较快： 2002年北京世纪富原燃料电池公司研发的我国第一艘以燃料电池为动力的游艇试航成功； 2019年中国船级社向中船605院颁发了500kW内河氢燃料电池动力货船基本设计AIP认证，该船是氢燃料电池作为主电源在国内船舶的首次应用。 2019年12月，在第20届上海国际海事会展上，七一二所发布了拥有自主知识产权的全国首台500kW级船用燃料电池系统解决方案。 2021年1月，大连海事大学牵头制造的中国第一艘燃料电池游艇“蠡湖”号通过试航，该船采用燃料电池和锂电池组成混合动力系统，船型及动力等接近于国外的对标船型，而对于电动船最为关键的续航指标已略有优势。 图3：中国第一艘燃料电池游艇“蠡湖”号 2021年5月，广东省内首艘氢能源船舶——由广东中氢博创产业发展有限公司研发的“仙湖1号”氢能游船在丹灶仙湖下水，该船采用了佛山市攀业氢能源科技有限公司生产的30kW氢燃料电堆。 2023年3月，国内首艘氢电混合新能源高端旅游观光船，在江西省九江市九江湖心新能源船艇科技园内正式开始建造。 2023年3月17日，由中国船舶集团科技部指导，搭载中国船舶第七一二所自主开发的500kW氢燃料动力系统、国内首艘入级中国船级社（CCS）的“三峡氢舟1号”示范船正式下水。 “三峡氢舟1号”具有高环保性、高舒适性和低能耗、低噪音等特点，交付后将用于三峡库区及两坝间交通、巡查、应急等工作，作为工业和信息化部高技术船舶项目“氢燃料动力船舶关键技术研究”的示范船,为我国后续氢燃料电池船舶推广提供了重要的理论基础和实践案例。 该船为钢铝复合结构，总长49.9米，型宽10.4米，型深3.2米，最高航速达28千米/时，当巡航航速为20千米/时，续航里程可达200千米。该船采用全回转舵桨推进，以及氢燃料电池和锂电池动力系统，其中氢燃料电池额定输出功率为500千瓦。该船的核心动力设备均为七一二所自主研发，包括首台套获得CCS认证的500kW级氢燃料电池动力系统、智能化直流电力管理中心和2套500千瓦高效永磁电力推进系统。 同时，该船还采用了高压储氢技术，一次可装载约250千克氢气，能提供约4000千瓦时电能。 图4：国内首艘内河氢燃料电池动力工作船—“三峡氢舟1号” 目前对于氢能船舶的技术发展而言，仍然存在船用燃料电池系统和供氢技术两方面的瓶颈。中国船舶集团首席专家彭元亭公开表示，对于船用燃料电池系统，其寿命瓶颈在燃料电池电堆、氢气循环泵等关键零部件，要求5万小时以上；而国内氢燃料电池电堆的寿命约1万小时，在关键材料稳定性、结构设计以及操作策略等方面仍需加强研究开发。 表1：船舶用氢燃料电池企业梳理 在供氢技术方面，目前的储氢方式很多，包括高压气态储氢、固态储氢、液氢、液氨、有机液体储氢、甲醇等，在储氢密度、排放、安全性、补给保障性等方面各有特色，需要针对不同的船型、排放要求、水域和应用周边的燃料补给保障条件决定选用特定氢源，需要进一步开发新型高效高安全性船用储供氢技术（美国能源部双7%指标），以及快速补给技术，以满足船舶应用各个方面的要求。 另外，氢气密度小，易泄露，还具有易燃易爆的特性，所以当氢气作为燃料电池的燃料时对船舶燃料舱的体积和安全性提出了更高的要求。中国海事局颁布的《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则(2022)》对船舶氢燃料储存做了要求： 1)氢燃料罐与氢燃料接触部分的材料应与氢相容，应考虑氢脆现象对使用寿命的影响。 2)氢燃料罐应固定在甲板上。氢燃料罐的支撑和固定装置应根据最大预期静态和动态倾角以及最大的加速度预期值进行设计，并考虑船舶特性和氢燃料罐位置。氢燃料罐支撑构件应能防止罐体的移动。 3)氢燃料罐连接至船舶氢燃料管系的连接管应具有足够的柔性补偿。 4)应提供在氢燃料罐连接意外断开或破裂时可限制氢燃料泄漏量的装置。 5)氢燃料罐和氢燃料供应系统的设计应确保氢燃料泄漏后所采取的安全动作不会导致不可接受的动力损失。 我们认为以上要求对于常温常压可安全储存的镁基固态储氢技术、液氨技术而言，具有非常好的比较优势。 储氢技术，各有特点 就目前储氢技术而言，高压气态储氢是当前氢能领域最为成熟的储氢技术，但受限于体积储氢密度低、存在泄漏安全性隐患、补给能效较低等问题，目前高压储氢技术无法满足常规船舶对于燃料续航力的要求，对于更多大中型船舶的应用需求，未来船舶储氢还需要向能量密度更高的储氢技术方向发展。金属固态储氢、有机液态储氢、甲醇制氢、液氨储氢等高能量密度储氢技术是当前潜在可行的船舶用储氢方式。 表2：金属固态储氢、有机液态储氢、甲醇制氢、液氨储氢原理及技术特点 表3：不同氢储运方式比较 固态储氢技术路线： 固态储氢合金通过金属氢化物的形式来将氢气储存在固体中，储氢密度大、安全性好。吸氢过程中，合金储氢材料吸收氢气生成金属氢化物，放出热量；放氢过程中，金属氢化物吸收热量释放所吸收的氢气。金属氢化物的储存不需要气态储运氢必须的高压条件，也不需要液态储氢要求的低温装置，常温和低压状态下就可以储存，成本低廉且安全性较好。 目前，金属氢化物为固态储氢主流