“氨燃料动力船要真正实现工程化及商用化并非易事，围绕氨燃料动力装置的研发应用、围护系统的创新、氨作为船用燃料法规的修订等，还有大量的工作要做。”
在航运业零碳转型过程中，氨由于零碳排放及在供应、运输、储存方面的优势被业界寄予厚望。研发氨燃料动力的集装箱船、矿砂船和汽车运输船等，成为造船业迫在眉睫的任务。
目前，包括中国船舶集团有限公司旗下江南造船（集团）有限责任公司在内的船厂和船舶设计院所顺应航运业向零碳转型的大趋势，推出了氨燃料船的概念设计并获得了船级社的原则性认可（AIP），然而，这些氨燃料动力船要真正实现工程化及商用化并非易事，氨燃料动力装置的研发应用、围护系统的创新、氨作为船用燃料法规的修订等，都还有大量的工作要做，还有很远的路要走。
氨燃料船马上来？
氨燃料是一种清洁能源，若不计及引导油或其他含碳助燃剂的话，氨燃烧时的二氧化碳和硫氧化物排放为零。氨体积能量密度高于同样是零碳能源的氢，氨在燃烧时生成氮气和氢气，并不会像氢气一样易爆，安全性好，因此，氨在航运界零碳转型过程中备受关注。
氨供应链稳定，容易运输储存。从供给端角度来看，目前全球大约有2.43亿吨可用氨的年产能，而氨的年产量为1.8亿吨，只使用了大约75%的产能。中国是最大的氨生产国，2020年合成氨产量为5600万吨。
传统方法制备氨的原料是化石能源，大部分来自天然气和煤炭，通常碳足迹较高。随着绿色制氨技术的发展，能源界出现了多种新兴的氨制备路线。这些采用新制备方法生产的“蓝氨”和“绿氨”有望成为未来船用零碳燃料的主要来源之一。
去年11月，包括澳大利亚、英国和美国等在内的22个国家签署《克莱德班克宣言》，致力推动绿色走廊的实施，承诺到2025年在全球建立至少6条两个或多个港口间绿色航运走廊。绿色航运走廊的建立或将为氨、甲醇等环保燃料的船用起到示范效应，并为其船用“打开大门”。有研究显示，在候选绿色航运走廊之一的亚欧集装箱运输航线上，绿色氨和绿色甲醇是最有可能部署的零排放燃料。不过，虽然目前就具备甲醇发动机技术，但绿氨在这条运输航线上将更有成本优势。
为迎接这些变化并满足需求，我国造船业在氨燃料船舶的研发方面开展了大量工作。如江南造船基于目前在建的两大主流船型——液化气船和大型集装箱船的船型定位以及各型低温围护系统的设计建造经验，在氨燃料液化气船和氨燃料大型集装箱船的研发上取得了成果。
在液化气船方面，该公司将可装载液氨的中型液化气船（MGC）升级为氨燃料推进，其40000立方米的氨动力中型液化气船船型方案目前已经获得船级社的AIP证书；将主打船型超大型液化气船（VLGC）部署升级为氨燃料推进；研发采用氨动力推进的超大型液氨运输船（VLAC）。在大型集装箱船方面，该公司为配合亚欧集装箱运输绿色走廊的建设，研发了15000TEU氨燃料超大型集装箱船，船舯部配置了可提供全航程可兼容氨燃料的B型液化天然气（LNG）燃料舱，此外还可配置该公司自主研发的“AmmoCELL”单元组合式氨燃料舱作为氨动力增程，可实现氨燃料的全航程应用。
在氨燃料船研发过程中，船厂特别关注如何在船上配置氨燃料发动机、供气系统以及储存氨燃料的围护系统如何创新等，这些技术的成熟度（TRL，Technical Readiness Level），决定了氨燃料船的商用化进程。
动力装置需要等！
从船舶主要动力装置柴油机的工作机理来看，无论是狄塞尔循环还是奥托循环，都是可以以氨作为燃料的，但氨的燃烧温度范围比较窄，需要较高比例的引导油或助燃剂。而且，与其他燃料相比，氨燃料除燃烧性较差外，还存在氮氧化物排放较高、腐蚀性较强、有毒等问题。目前，一些主要的柴油机制造商都将氨燃料发动机列入了研发计划，并制定相应的时间表，二冲程的高压低速机已经有了商业化的订单意向。一些激进的低碳航运推动者甚至已经明确地将氨燃料发动机列入了绿色走廊和零碳航运实施过程中的“确定项”。
与此同时，由于柴油机制造商的研发进程和技术成熟度并不透明、氨燃料的四冲程机的引导油比例偏高、氨对缸体应力腐蚀和氨的氮氧化物需要额外处理等，一些理性的造船界人士难免对氨燃料在船舶上的应用产生一些忧虑。截至目前，LNG、液化石油气（LPG）和液化乙烯（LEG）双燃料主机以及LNG双燃料发电机已有诸多装船业绩，对于船舶设计和建造者来说，氨燃料的推进机械和供气系统的布置与前述替代燃料并无本质性的差异，也并无特殊的困难，因此，对于船厂来说，等待氨燃料动力装置的研制成熟可能是最需要花费时间的事情。
围护系统期待变！
液氨燃料比重约为0.6吨/立方米，须在零下33摄氏度低温储存或在9巴压力下常温储存在围护系统里，为在储存过程中确保不发生泄漏，还需配备相应的泄漏应急处理装置。液氨燃料储存的围护系统在现有的法规框架下必须按照《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》（IGF Code）和《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》（IGC Code）进行设计。IGC Code中定义的A型舱、B型舱、C型舱以及薄膜舱理论上都可以装载液氨。
在氨燃料大型集装箱船的应用场景下，铝合金制作的B型舱作为氨燃料的围护系统在轻量化、空间利用率和抗晃荡能力等方面具有较大的比较优势，特别是在LNG燃料舱同时兼顾氨燃料装载的情况下，甚至比薄膜舱更合适。
必须要指出的是，虽然MOSS型LNG储罐也是铝合金制作的B型舱，基于断裂力学设计的相关计算分析也已经非常成熟，但液氨极易产生应力腐蚀，在疲劳和裂纹扩展过程中会产生什么负面影响，无论在理论计算和实验验证方面目前均没有相关的实际数据。
从液氨的特性来讲，耐腐蚀并有一定隔热性能的高分子材料似乎是液氨围护系统的可选材料，同时，标准化单元的组合式容器更能为氨燃料提供安全防护保障。这种创新围护系统的研发需要通过跨行业、跨专业和跨价值链的机制去推进，同时需要给创新倡导者创建一个更友好的产业生态环境，这也不是一蹴而就的。
法律法规必须改！
对于氨燃料的安全防护，还需考虑氨燃料的毒性。低浓度的氨气会刺激人的眼睛、肺部和皮肤，若直接接触高浓度的氨气则会立即危及生命。鉴于这些情况，现有法规是不允许液氨作为燃料应用的。
液氨当前均使用半冷式和全冷式液化气运输船运输，并在接收港口的专用化学品储存区或氨储运设施内卸货。在IGC Code规则框架下，液氨运输船不能以货物为燃料，而IGF Code尚无针对氨燃料的安全技术规定，亦未有明确的开发计划。值得注意的是，IGC Code和IGF Code中定义的低温围护系统对A型和B型独立舱要求设置次屏壁，其初衷是防止低温泄漏物对船体结构的失效破坏，但这一措施对氨泄漏以后氨毒性的防护效果并不明显。
目前，国际上一些船级社已经制定了有关氨燃料的船舶应用导则，预计随着氨在航运业零碳转型和绿色走廊推进中扮演的角色越来越重要，对IGC Code和IGF Code的修订将提上议事日程。客观而言，针对氨作为燃料应用的法规修订并不难，但海事界面临的选择是，是进行涵盖舱型革新、围护系统材料突破、毒性防护等的全面升级，还是在LNG双燃料规则条款基础上的简单升级。这些均需尽快得到明晰。
