氨是船舶的“理想型”燃料

或许大多数人听到氨这一物质，会想到化工制品如肥料、添加剂等，其实它的作用领域非常广泛。今天我们就为大家来科普一下氨燃料。

1、氨的“性格特点”？

氨是一种可燃性富氢化合物（NH₃），不含碳，完全反应时产生水和氮气，不产生污染物和温室气体二氧化碳(CO₂），且其含氢量高、体积能量密度高于液氢，低于甲醇和液化天然气（LNG）。氨在常温常压下为化学性质稳定的无色气体、易液化、易于储存和运输。氨可人工合成，在加热或催化剂作用下易分解成氢气和氮气。

氨具有中等毒性，且具有刺激性气味；氨极易溶于水、乙醇、乙醚和氯仿，氨溶于水后呈弱碱性，易挥发；氨的蒸气密度比空气小，在开敞空间发生泄漏时可较快扩散。

2、氨燃料的特性？

氨燃料具有燃烧特性。它能在空气中燃烧，生成氮气和水，可作为替代燃油、煤的无污染燃料。

氨燃料辛烷值较高，抗爆性能好，应用于发动机上能够增大压缩比，理论上可将发动机热效率提高至60%以上。

3、氨燃料应用现状与发展趋势

水上应用现状

从世界范围来看，目前氨燃料的水上应用均处于起步阶段。目前，欧洲、日本、韩国、中国都在开展氨燃料船舶研发工作。

欧洲主导氨燃料发动机研发，曼恩和瓦锡兰均计划在2024年左右推出氨燃料发动机，并参与了全球多个氨燃料船舶研发项目；

日本国土交通省和海运业界成立了氨燃料委员会，日本政府将为氨燃料“零排放船舶”技术开发提供补贴，今治造船等五家日本船企与曼恩联手，计划2024年实现氨燃料船的商业化；

韩国三星重工、大宇造船等企业在2020年分别推出了氨燃料苏伊士型油船和23000TEU超大型集装箱船概念设计，韩国船级社（KR）在2021年发布了《氨燃料动力船舶报告》；

中国上海船舶研究设计院和大船集团分别于2019年推出了18万吨氨燃料散货船和23000TEU氨燃料集装箱船概念设计，江南造船将于2021年推出氨燃料4万方重型液化气船概念设计，中国船级社（CCS）则已启动氨燃料动力船舶相关规范指南制定工作。

4、现阶段船舶应用氨燃料主要挑战

安全风险

（1）毒性

液氨对粘膜具有强烈的刺激性。吸入氨会引起喉痉挛、喉炎、支气管炎等，不及时治疗，甚至可能引起窒息死亡。由于氨是碱性的，人体长时间暴露在氨环境中，可能会损害眼睛、肝脏、肾脏或肺部。氨与皮肤接触，会引起灼热感并使皮肤变红。氨与头皮接触，可能会导致脱发。不慎饮用氨水会导致口腔和喉咙疼痛，并可能导致胃痛、恶心等。

鉴于氨的毒性，大多数国家都是通过规定工作场所和日常生活中允许的浓度极限来加以控制。允许的浓度一般分为15分钟短期暴露极限（STEL）和8小时平均浓度极限（TWA）。对于氨而言，美国《职业安全与健康法案》规定STEL和TWA分别为35ppm和25ppm。

（2）腐蚀性

一般情况下，液氨的腐蚀性较弱，通常情况下采用碳钢就不会造成十分严重的腐蚀。但会对铜、锌及其合金、橡胶、塑料等产生腐蚀。工业上，由于液氨腐蚀导致管道开裂的现象时有发生。而且，氨与银、金、汞、铊等重金属反应后还会形成爆炸性化合物，必须谨慎处理。

在船上应用时，当氨气与空气中的水分接触后，形成的氨水可能会附着在船体外壳附近，从而对船体结构造成腐蚀，因此必须加强船上氨的泄漏防护措施，避免对船体造成损害。

（3）燃爆性

与LNG相比，氨的燃爆风险较小。一是因为氨较难点燃；二是因为氨的可燃浓度范围为15%-28%，LNG为5%-15%，氨的可燃下限比LNG高得多，不容易形成可燃环境。但是对于一个因其他可燃物（如燃油）形成的可燃环境，氨的存在会加剧燃爆产生的后果。而且，氨与一些强氧化剂（如氯、次氯酸盐漂白剂等）反应还会产生爆炸性化合物。

氨作为一种零碳燃料，对于水运行业“双碳”目标的实现具有重要意义。但由于毒性等因素的存在，氨燃料的船舶应用还存在许多与其他替代燃料不同的风险点。基于上述背景，CCS武汉规范研究所和上海规范研究所结合国内外对氨燃料动力船舶的实际需求和国际规则最新研究成果，制定了《船舶应用氨燃料指南》（简称“指南”）。

该《指南》将为氨燃料动力船舶和预设氨燃料动力船舶的设计、制造与检验提供有效的依据，有效满足船舶应用氨燃料的发展需求，对于氨燃料船舶的安全发展和水上清洁能源应用具有积极的促进作用，是在航运温室气体减排和国内“双碳”战略下CCS的又一重要研发成果。目前，《指南》已经通过专家评审。（武汉规范研究所 金鼎）