麻省理工：将船舶从柴油改为氨燃料存在环保风险

　　当大大小小的集装箱船穿越海洋运送货物时，它们巨大的柴油发动机会排放大量空气污染物，导致气候变化，并对人类健康造成影响。据估计，海运占全球二氧化碳排放量的近3%，该行业对空气质量的负面影响每年导致约10万人过早死亡。

　　使航运脱碳以减少这些有害影响是国际海事组织（IMO）的一个主要目标。国际海事组织是一个管理海上运输的联合国机构。一个潜在的解决方案是将全球船队从化石燃料转向氨等可持续燃料，考虑到其生产和使用，氨几乎是零碳的。

　　但在一项新的研究中，来自麻省理工学院(MIT)和其他地方的一个跨学科研究小组警告说，燃烧氨作为海上燃料可能会进一步恶化空气质量，并导致毁灭性的公共健康影响，除非它与加强的排放法规一起被采用。

　　氨燃烧会产生一氧化二氮(N2O)，这是一种比二氧化碳强300倍的温室气体。它还以氮氧化物(NO和NO2，简称NOx)的形式排放氮，未燃烧的氨可能会逸出，最终在大气中形成细颗粒物。这些微小的颗粒可以被吸入肺部深处，导致心脏病、中风和哮喘等健康问题。

　　这项新的研究表明，根据目前的立法，将全球船队转换为氨燃料每年可能会导致大约60万人过早死亡。然而，随着更严格的法规和更清洁的发动机技术，这种转变可能会将目前由海运排放造成的过早死亡人数减少约6.6万人，对全球变暖的影响也会小得多。

　　麻省理工学院全球变化科学中心的博士后、该研究的主要作者安东尼·王说：

　　“并非所有的气候解决方案都是平等的。这几乎总是要付出代价的。”

　　“我们必须采取更全面的方法，考虑不同气候解决方案的所有成本和收益，而不仅仅是它们脱碳的潜力，”

　　他的合著者包括诺埃尔·塞林(Noelle Selin)，麻省理工学院数据、系统和社会研究所以及地球、大气和行星科学系的教授；前首席研究科学家、现任伦敦帝国理工学院高级讲师塞巴斯蒂安·伊斯特姆(Sebastian Eastham)；克里斯汀·穆奈姆·鲁塞尔(Christine Mounaïm-Rouselle)，法国奥尔海姆斯大学的教授；香港科技大学研究员张益奇(音译)；以及麻省理工学院航空航天系的研究科学家Florian Allroggen。这项研究发表在《环境研究快报》上。

　　更环保、更清洁的氨

　　传统上，氨是通过从天然气中提取氢，然后在极高的温度下与氮结合而制成的。这一过程通常伴随着大量的碳足迹。海运业正致力于开发利用可再生能源电解制氢并产生热量的“绿色氨”。

　　“从理论上讲，如果你在船舶发动机中燃烧绿色氨，碳排放几乎为零，”王说。

　　但即使是最环保的氨在燃烧时也会产生一氧化二氮(N2O)和氮氧化物(NOx)，一些氨可能会在未燃烧的情况下溜出来。这些一氧化二氮会逃逸到大气中，而温室气体会在大气中存留100多年。与此同时，以氮氧化物和氨的形式排放的氮会落到地球上，会破坏脆弱的生态系统。当这些排放物被细菌消化时，会产生额外的一氧化二氮(N2O)。

　　氮氧化物和氨也与空气中的气体混合，形成细颗粒物。细颗粒物是造成空气污染的主要因素，每年造成约400万人死亡。

　　王说：“说氨是一种‘清洁’燃料有点言过其实。仅仅因为它是无碳的，并不一定意味着它是清洁的。”

　　多层面的模型

　　研究人员想要描绘出整个图景，捕捉到将全球船队转向氨燃料对环境和公共健康的影响。为此，他们设计了一些场景来衡量在某些技术和政策假设下污染物的影响是如何变化的。

　　从技术的角度来看，他们考虑了两种船用发动机。第一种燃烧纯氨，产生更多未燃烧的氨，但排放更少的氮氧化物。第二种发动机技术涉及将氨与氢混合，以改善燃烧并优化催化转化器的性能，从而控制氮氧化物和未燃烧的氨污染。

　　他们还考虑了三种政策情景：目前的法规只限制世界某些地区的氮氧化物排放；在北美和西欧增加氨排放限制的情景；以及增加全球对氨和氮氧化物排放限制的情景。

　　研究人员使用船舶轨迹模型来计算每种情况下污染物排放的变化，然后将结果输入空气质量模型。空气质量模型计算船舶排放对颗粒物和臭氧污染的影响。最后，他们估计了对全球公共卫生的影响。

　　最大的挑战之一是缺乏真实世界的数据，因为目前还没有以氨为动力的船只在海上航行。相反，研究人员依靠合作者的实验氨燃烧数据来建立他们的模型。

　　王说：“我们必须想出一些聪明的方法，让这些数据对技术和监管情况都有用，并提供有用的信息。”

　　一系列的结果

　　最后，他们发现，如果没有新的规定和燃烧纯氨的船舶发动机，转换整个船队每年将导致68.1万人过早死亡。

　　王说：“虽然没有新法规的情况不太现实，但它是一个很好的警告，表明氨排放可能有多危险。与氮氧化物不同，航运产生的氨排放目前不受监管。”

　　然而，即使没有新的法规，使用更清洁的发动机技术也会将过早死亡人数减少至大约8万人，比目前的人数减少约2万人。随着更严格的全球法规和更清洁的发动机技术，死于船舶空气污染的人数可能会减少约6.6万人。

　　王说：“这项研究的结果显示了在采用新技术的同时制定政策的重要性，船舶中的氨有可能对气候和空气质量都有益，但这需要制定法规来解决包括气候和空气质量在内的所有潜在影响。”

　　氨对空气质量的影响在全球范围内并不一致，要完全解决这些问题，需要在非常不同的情况下采取协调一致的战略。大多数过早死亡将发生在东亚，因为该地区的空气质量法规不那么严格。更高水平的现有空气污染导致氨排放形成更多的颗粒物。此外，东亚的运输量远远大于地球上的其他地方，这加剧了这些负面影响。

　　在未来，研究人员希望继续完善他们的分析。他们希望以这些发现为起点，敦促海洋工业共享发动机数据，以便更好地评估空气质量和气候影响。他们还希望让政策制定者了解更新船舶排放法规的重要性和紧迫性。

　　（素材来自：MIT 全球氢能网、新能源网综合）