4月11日，國際航運組織（IMO）宣布通過全球航運業(yè)凈零排放框架[1]，該框架是全球首個將整個行業(yè)領(lǐng)域的強制性排放限制和溫室氣體定價相結(jié)合的法規(guī)，旨在到2050年左右實現(xiàn)全球航運凈零目標(biāo)。IMO凈零框架的具體措施包括設(shè)立新的船舶燃料標(biāo)準(zhǔn)和引入全球碳定價機制，將對總噸位超過5000噸、排放量約占全球航運二氧化碳排放總量85%的大型遠洋船舶強制執(zhí)行，規(guī)定航行船舶必須逐年降低其溫室氣體燃料強度（Gas Fuel Intensity, GFI）。IMO凈零框架的達成意味著全球航運業(yè)正式邁入“強制減排時代”，其中，研發(fā)低碳船用燃料和配套動力技術(shù)是航運業(yè)低碳減排的重要解決方案之一。本文整理了近期航運業(yè)低碳燃料部署動態(tài)以及研發(fā)與應(yīng)用進展，總結(jié)了需要關(guān)注的相關(guān)研究問題，以期為未來航運業(yè)減排提供參考。

一、主要國家部署動態(tài)

隨著低碳觀念的深入和IMO規(guī)范的日益嚴(yán)苛，各國針對航運業(yè)低碳發(fā)展進行積極部署。美國于2024年7月提出《2024年國際海上污染問責(zé)法案》[2]，要求對在美國港口卸貨的大型船舶征收污染費，激勵相關(guān)部門研發(fā)和使用低碳船用燃料和低排放海事技術(shù)；2024年12月，出臺《海洋能源與排放創(chuàng)新行動計劃》[3]，計劃部署低碳船舶、提出低碳和零排放燃料及能源解決方案、支持低排放和零排放船舶設(shè)計與建造等；2025年4月，美國退出IMO航運脫碳談判[4]。歐盟在2024年5月通過《凈零工業(yè)法案》[5]，旨在提高歐盟本土凈零技術(shù)制造產(chǎn)能，支持商業(yè)上可行或即將進入市場的海上可再生能源技術(shù)等戰(zhàn)略性凈零技術(shù)，加速布局清潔船舶。我國于2023年12月發(fā)布《船舶制造業(yè)綠色發(fā)展行動綱要（2024—2030年）》[6]，提出到2025年LNG、甲醇等綠色動力船舶國際市場份額超過50%，加快綠色動力系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用，推動船用配套設(shè)備綠色升級；2024年3月，印發(fā)《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》[7]，要求逐步擴大LNG、生物柴油、綠色甲醇等新能源船舶應(yīng)用范圍。日本在2024年12月發(fā)布《GX（綠色轉(zhuǎn)型）2040愿景》草案[8]，明確支持零排放船舶發(fā)展，強化海事產(chǎn)業(yè)競爭力；2025年1月，國土交通省為16家造船廠和設(shè)備制造商提供總額超過1200億日元（約合57.26億元）資金[9]，支持建設(shè)以氫、氨為燃料的零排放船舶，推動發(fā)動機、儲罐、燃料供應(yīng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與生產(chǎn)。

二、研發(fā)與應(yīng)用進展

航運業(yè)正在加速布局液化天然氣（LNG）、氫、氨、生物燃料、甲醇等綠色航運燃料研發(fā)與應(yīng)用，用于替代傳統(tǒng)化石燃料，推動行業(yè)溫室氣體減排。

1、LNG燃料技術(shù)仍在攻克甲烷逃逸難題

液化天然氣行業(yè)聯(lián)盟（SEA-LNG）2024年年度報告顯示，LNG船用燃料技術(shù)與配套動力系統(tǒng)較為成熟，預(yù)計到2028年，營運中的LNG動力船舶將超過1200艘[10]，但仍需解決甲烷逃逸排放問題[11]。2024年12月，國際清潔交通委員會（ICCT）啟動船舶甲烷逃逸與未燃燒甲烷排放第二階段研究（FUMES 2）[12]，旨在實地測量（船上測量和無人機測量）LNG動力船舶的甲烷排放，將在FUMES 1基礎(chǔ)上進一步填補LNG發(fā)動機、LNG運輸船和LNG貨物裝卸過程中甲烷排放的關(guān)鍵知識空白。2025年4月，芬蘭瓦錫蘭（Wartsila）集團針對專為LNG動力船舶設(shè)計的Wartsila 50DF雙燃料發(fā)動機推出一項全新的甲烷逃逸減排方案[13]。新技術(shù)將50DF發(fā)動機傳統(tǒng)雙燃料模式改為火花點火燃?xì)膺\行模式，引入電控預(yù)燃室閥門優(yōu)化燃?xì)恻c火與燃燒，測試顯示，這一運行模式使得甲烷泄漏率降至1.1%，未燃燒甲烷排放降低75%，燃?xì)庀臏p少4.6%。

2、探索氫燃料作為長期可持續(xù)發(fā)展的潛在解決方案

船用替代燃料中，氫燃料是除LNG以外的重要選擇，預(yù)計到2050年，氫能船舶約占替代能源船舶的40%[14]。2024年7月，全球首艘商用100%氫燃料電池驅(qū)動的“Sea Change”號渡輪開始商業(yè)運營[15]，渡輪采用零排放工業(yè)（Zero Emission Industries）集成氫動力系統(tǒng)，配套康明斯360千瓦氫燃料電池和高壓氫瓶供應(yīng)商Hexagon Purus246千克250巴儲氫罐等，行駛距離可達300海里（約555公里）。2024年10月，大連海事大學(xué)研究團隊顯著提高MAPbI3鈣鈦礦體系的光催化產(chǎn)氫活性，在銅/碘化銅和鉑的助催下，MAPbI3體系的光催化析氫活性提高了2334倍，實現(xiàn)了高效光催化制氫過程，助力船舶減排[16]。

3、氨燃料船舶應(yīng)用正在逐步成熟

國際能源署《凈零排放路線圖》指出，到2050年，航運氨燃料在最終能源消耗中的占比將達到44%[17]。2024年3月，全球首艘雙燃料氨動力船舶在新加坡港完成燃料試驗[18]，并獲得新加坡船舶登記處的船旗批準(zhǔn)以及挪威船級社的“氣體燃料氨”標(biāo)志，新加坡港也成為全球首個完成氨燃料加注的港口。2024年8月，日本郵船、IHI集團和日本船級社建成全球首艘商用氨燃料船“魁（Sakigake）”號[19]，并于2025年3月正式完成示范航行，實現(xiàn)90%以上的氨燃料混燒率和溫室氣體排放量削減率，最高可達95.2%[20]。

4、生物燃料船舶研發(fā)與生物燃料應(yīng)用持續(xù)發(fā)力

據(jù)挪威船級社最新發(fā)布數(shù)據(jù)顯示[21]，船用生物燃料需求顯著增加，全球航運掀起“生物熱”。2024年5月，日本郵船子公司NBP與常石造船集團、英國可再生能源企業(yè)Drax Group簽署諒解備忘錄，計劃開發(fā)全球首艘生物質(zhì)顆粒燃料船舶及其配套動力技術(shù)。船舶建成后，將以生物質(zhì)顆粒高溫燃燒后的一氧化碳、氫氣和甲烷等氣體為動力，與使用化石燃料相比，船舶全壽命周期碳排放量減少22%[22]。2025年4月，丹麥航運巨頭Norden完成全球首次使用負(fù)碳生物燃料的航行，消耗的65噸船舶動力燃料中有20%是MASH Makes公司利用無氧高溫加熱農(nóng)業(yè)廢料生產(chǎn)的負(fù)碳生物燃料[23]，其中，每生產(chǎn)1噸MASH Makes生物燃料，還能產(chǎn)生1.8噸可以從大氣吸附5.7噸二氧化碳的生物炭。這一試驗證明，MASH Makes負(fù)碳生物燃料可以用于未經(jīng)改造的船用發(fā)動機。

5、甲醇成為極具潛力的未來船用替代燃料

甲醇是環(huán)境風(fēng)險最低的船用替代燃料，應(yīng)用潛力巨大[24]。2025年2月，中船溫特圖爾發(fā)動機有限公司研發(fā)出全球最大功率的擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的甲醇雙燃料船用主機[25]，使用工業(yè)酒精甲醇替代95%的傳統(tǒng)柴油燃料，并于3月成功交付，應(yīng)用于長江航道首支規(guī)?；\營清潔船隊，標(biāo)志著高端甲醇船舶動力技術(shù)從前期研發(fā)邁入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新階段[26]。2025年3月，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院下屬ICODOS公司在曼海姆市的廢水處理廠建成一座生產(chǎn)甲醇的創(chuàng)新設(shè)施[27]，可以利用先進工藝從廢水中提取出沼氣，進而轉(zhuǎn)化生成具有成本效益的船用綠色電子甲醇，這一設(shè)施緊湊且可擴展，適合分布式部署。

三、未來展望

（1）LNG加注難題仍待攻克。燃料加注和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施可用性是決定LNG推廣應(yīng)用的重要決定因素[28]。燃料加注設(shè)施建設(shè)的初始投資成本相對較高，涵蓋駁船或港口的設(shè)計、建造和運營等多個環(huán)節(jié)[29]；轉(zhuǎn)移或儲存燃料過程中可能發(fā)生甲烷溢出或泄漏，需要精確的實時氣體泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合廢氣再循環(huán)、氧化催化等技術(shù)減緩甲烷逃逸問題[30]；加注過程需要妥善處理儲罐中LNG殘留，研發(fā)配套的壓力釋放系統(tǒng)、蒸氣回流系統(tǒng)、超壓保護系統(tǒng)等防止儲罐破裂或損壞[31]。

（2）制氫、儲氫與輸氫技術(shù)尚需發(fā)展。傳統(tǒng)制氫方式會產(chǎn)生大氣污染物和溫室氣體等，需要發(fā)展可再生電力制氫等綠色制氫途徑[32]；儲氫與輸氫方面，氫燃料能量密度小且易爆炸，需要創(chuàng)新設(shè)計船用高密度儲氫容器和低溫液氫儲存系統(tǒng)[33]，開展評估長途輸氫的技術(shù)與經(jīng)濟可行性，利用現(xiàn)有海底天然氣管道，輸送海上風(fēng)電生產(chǎn)的綠氫[34]。由于能量密度的限制，氫燃料目前僅適用于短程航行，需要解決船舶制氫（如海水電解制氫）問題以滿足國際遠洋航行需求[35]。

（3）氨燃料燃燒研究仍不成熟。氨的燃燒性能等關(guān)鍵參數(shù)尚未完善，如點火延遲時間、火焰速度、燃燒極限、污染物生成特性等，需要不斷驗證改進其反應(yīng)動力學(xué)機理[36]。氨燃料發(fā)動機也受限于燃料特性，存在功率輸出低、熱效率低等問題，需要系統(tǒng)了解氨燃料燃燒穩(wěn)定性機理，改進熱力循環(huán)體系與內(nèi)部結(jié)構(gòu)[37]。此外，鑒于氨具有腐蝕性和危險性，需要制定嚴(yán)格的安全措施和完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)防止環(huán)境污染和保護機組人員健康，同時提高加注和儲存設(shè)施的耐腐蝕性[38]。

（4）生物燃料混摻比例可以繼續(xù)提高。目前生物燃料混合比例為10%~20%，隨著20%混摻測試的初步成功，可以進行更高比例的評估研究[39]。然而，生物混合燃料不太穩(wěn)定，不正確的混合方式會導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀現(xiàn)象，堵塞燃料系統(tǒng)，需要在提高生物燃料比例的同時兼顧混合燃料穩(wěn)定性，確保與船舶基礎(chǔ)設(shè)施相容。生物燃料的酸度特性也會腐蝕燃料系統(tǒng)組件，需要研發(fā)兼容材料建造耐腐蝕的燃料系統(tǒng)。

（5）甲醇應(yīng)用需要克服系列阻礙。高制備成本和低能量密度是限制甲醇發(fā)展的主要障礙，需要研發(fā)以合理成本生產(chǎn)可再生甲醇的方式提高供應(yīng)能力，改進發(fā)動機組結(jié)構(gòu)緩解甲醇動力不足問題[40]，補充甲醇船舶實際運行中的性能數(shù)據(jù)，提高關(guān)鍵技術(shù)可靠性和滿足多樣化船型需求[41]。此外，需要擴建甲醇加注設(shè)施，構(gòu)建統(tǒng)一的綠色甲醇認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和明確的監(jiān)管體系。

注釋與參考文獻：

[1]International Maritime Organization. IMO Approves Net-Zero Regulations for Global Shipping.https://www.imo.org/en/MediaCentre/PressBriefings/pages/IMO-approves-netzero-regulations.aspx#:~:text= The %20IMO% 20Net-zero%20Framework%20is%20the%20first%20in,and%20GHG%20pricing%20across%20 an%20entire%20industry%20sector.

[2]Congress. International Maritime Pollution Accountability Act of 2024.https://www.congress.gov/bill/118th-congress/house-bill/9013/text

[3]NREL. An Action Plan for Maritime Energy and Emissions Innovation.https://www.energy.gov/sites/default/files/2025-01/doe-action-plan-maritime-energy-emissions-innovation-report.pdf

[4]新浪財經(jīng). 突發(fā)！特朗普退出IMO航運脫碳談判，并威脅報復(fù).https://baijiahao.baidu.com/s?id=1828977920798432599&wfr=spider&for=pc

[5]European Commission. Net-Zero Industry Act Makes the EU the Home of Clean Tech Manufacturing and Green Jobs*.https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_24_2309

[6]中央人民政府. 工業(yè)和信息化部 國家發(fā)展改革委 財政部 生態(tài)環(huán)境部 交通運輸部關(guān)于印發(fā)船舶制造業(yè)綠色發(fā)展行動綱要（2024—2030年）的通知.https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202312/content_6923175.htm

[7]中央人民政府. 國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》的通知.https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202403/content_6939233.htm

[8]済産業(yè)省. GX2040ビジョン（案）」に対する御意見を募集します. https://www.meti.go.jp/press/2024/12/20241227007/20241227007.html

[9]國土交通省. ゼロエミッション船等の建造促進事業(yè)の採択～次世代船舶の世界トップシェア獲得に向け、1200億円超の設(shè)備投資を促進～. https://www.mlit.go.jp/report/press/kaiji05_hh_000286.html

[10]Offshore Energy. LNG is Steady Compass to Net Zero, SEA-LNG Found. https://www.offshore-energy.biz/lng-is-steady-compass-to-net-zero-sea-lng-found/

[11]ICCT. Real-World Methane Emissions from LNG-Fueled Ships are Higher than Current Regulations Assume, New Study Finds. https://theicct.org/pr-real-world-methane-emissions-from-lng-fueled-ships-are-higher-than-current-regulations-assume-new-study-finds-jan24/

[12]ICCT. International Research Consortium Launches Fumes 2 to Further Quantify Methane Emissions from LNG Shipping. https://theicct.org/pr-icct-fumes-2-project-summary-dec24/

[13] W?rtsil?. Newly Introduced Solution for W?rtsil? 50DF Engine Further Reduces Methane Slip by up to 75 Percent. https://www.wartsila.com/media/news/09-04-2025-newly-introduced-solution-for-wartsila-50df-engine-further-reduces-methane-slip-by-up-to-75-percent-3572045

[14]國際氫能網(wǎng). 氫能船舶，綠色航運未來. https://h2.in-en.com/html/h2-2432124.shtml

[15]American Marine. AAM + SWITCH Maritime Announce the Launch of Sea Change, the World’s First Commercial Vessel Powered 100% by Hydrogen Fuel Cells.https://www.allamericanmarine.com/hydrogen-vessel-launch/

[16]Energy & Environmental Science. Depressing Charge Recombination in Hybrid Perovskites by Introducing Dynamic Electron/Energy Relay Couple towards Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production. https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/EE/D4EE03864A

[17]IEA. Net Zero Roadmap: A Global Pathway to Keep the 1.5 ℃ Goal in Reach.https://www.iea.org/reports/net-zero-roadmap-a-global-pathway-to-keep-the-15-0c-goal-in-reach

[18]MPA. World’s First Use of Ammonia as a Marine Fuel in a Dual-Fuelled Ammonia-Powered Vessel in the Port of Singapore. https://www.mpa.gov.sg/media-centre/details/world-s-first-use-of-ammonia-as-a-marine-fuel-in-a-dual-fuelled-ammonia-powered-vessel-in-the-port-of-singapore

[19]NYK Line. NYK Completes World’s First Commercial-Use Ammonia-Fueled Vessel. https://www.nyk.com/english/news/2024/20240823_01.html

[20]NYK Line. World’s First Commercial-Use Ammonia-Fueled Tugboat Completes Three-Month Demonstration Voyage. https://www.nyk.com/english/news/2025/20250328_02.html

[21]DNV. Biofuels in Shipping – Current Market and Guidance on Use and Reporting. https://www.dnv.com/maritime/publications/biofuels-in-shipping-white-paper-2025-download/

[22]NYK Line. MOU Agreed to Develop ‘Bioship’ Technology and Plans to Construct the World’s First Biomass-Fuelled Ship. https://www.nyk.com/english/news/2024/20240514.html

[23]MASH Makes. MASH Makes Powers First Vessel Trial with Biofuel from a Carbon-Negative Process. https://www.mashmakes.com/blog/mash-makes-powers-worlds-first-vessel-trial-using-drop-in-biofuel-from-a-carbon-negative-process

[24]Methanol Institute. Methanol: An Emerging Marine Fuel. https://www.methanol.org/wp-content/uploads/2020/04/Methanol-Emerging-Marine-Fuel-Presentation.pdf

[25]人民日報. 我國自主研制的全球最大功率甲醇雙燃料船用主機交付. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1825100064506629373&wfr=spider&for=pc

[26]科技前沿觀察者. 我國首型甲醇燃料船用中速機交付，助推航運綠色轉(zhuǎn)型. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827899313382686884&wfr=spider&for=pc

[27]KIT. Carbon-Neutral Marine Fuel from Wastewater. https://www.kit.edu/kit/english/pi_2025_023_carbon-neutral-marine-fuel-from-wastewater.php

[28]Ship & Bunker. INSIGHT: A Comparative Analysis of Alternative Fuels for Sustainable Maritime Shipping. https://shipandbunker.com/news/world/527976-insight-a-comparative-analysis-of-alternative-fuels-for-sustainable-maritime-shipping

[29]引擎轟鳴者. LNG加注技術(shù)革新航運業(yè)：新潮流與未來展望. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1829739955572034237&wfr=spider&for=pc

[30]Scientific Reports. Leakage Analysis and Leakage Monitoring System Design for LNG Tanker Filling Process. https://www.nature.com/articles/s41598-024-84173-x

[31]DNV. Rising LNG Demand: Overcoming Bunkering Challenges. https://www.dnv.com/expert-story/maritime-impact/rising-lng-demand-overcoming-bunkering-challenges/

[32]清潔交通伙伴關(guān)系. 熱點研究丨船用新能源特性及應(yīng)用展望. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODIyNjk2Ng==&mid=2247495493&idx=1&sn=fdb30a460ef27089fbb4569e8840d7f4&chksm=fc13747ee8352a255f7ae77b6be5fcea4f638b359e400306ed7b3a67814c766fee7133756eae&scene=27

[33]International Journal of Hydrogen Energy. Hydrogen Energy Storage in Maritime Operations: A Pathway to Decarbonization and Sustainability. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319925007736#sec10

[34]Energy Reports. Hydrogen as Fuel in the Maritime Sector: From Production to Propulsion. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484724007261#sec0100

[35]International Journal of Hydrogen Energy. Utilization of Waste Heat for Onboard Hydrogen Production in Ships. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319924002696#sec5

[36]Fuel. Combustion Characteristics and Flame Development of Ammonia in an Optical Spark-Ignition Engine. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236124017502

[37]Applied Energy. Analysis of Cyclic Thermodynamic System Combining Ammonia Gas Turbine and Transcritical Carbon Dioxide.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924016210

[38]LR. Ammonia as Fuel: Quantitative Risk Assessment Ranks Safety Issues. https://www.lr.org/en/knowledge/horizons/september-2023/ammonia-as-fuel-quantitative-risk-assessment-ranks-safety-issues/

[39]Mansfield Service Partners. Marine Biofuels: What Research is Uncovering. https://msp.energy/marine-biofuels-what-research-is-uncovering/

[40]Ship Universe. Methanol Gains Momentum. https://www.shipuniverse.com/news/methanol-gains-momentum/

[41]中國能源報. 綠色甲醇船舶“失寵”？. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827347721753245932&wfr=spider&for=pc