作者简介:陈梦真(1997—)女,硕士研究生
School of Maritime, Shandong Jiaotong University, Weihai 264200, China
inland shipping; nitrogen oxides; ship exhaust; shipping pollution.
备注
作者简介:陈梦真(1997—)女,硕士研究生
引言
据报道,全球90%以上的货物运输都由水路运输承担 [1]。航运业日渐繁荣的同时也带来了一系列污染问题,特别是船舶尾气的排放对环境的污染。据2014年国际海事组织的统计数据显示,船舶尾气年排放SO2、NO分别约占全球总量的13%和15%[2],SOX和NOX已成为船舶排放的主要污染物。我国内河船舶运输系统位于我国经济腹地,更是船舶尾气排放控制的重点区域。2020年6月5日,我国出台《内河航运发展纲要》,提出内河航运绿色发展,坚持创新驱动、科学发展、保护内河航运的指导思想 [3],要求在组织领导和政策支持下,全方位减少内河航运的污染。
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1 我国内河航运NOX排放现状与排放标准
1.1 我国内河航运的发展现状与NOX排放危害我国内河航运发展迅速。根据2019年的统计数据,我国现有内河运输船舶12.43万艘,净载重吨位达到12915.50万吨,全年内河运输累计完成货运量37.43亿吨、货物周转量15365.89亿吨公里 [4]。2019年中国内河航道通航里程12.73万公里,较2018年增长0.02万公里,同比增长0.16%。我国内河船舶运输主要集中于长江、珠江一带,沿线区域经济发达、船舶靠港频繁,居住人口密集。减少内河航运船舶NOX等污染物的排放是促进当地社会安定、繁荣的必然选择。
我国境内船舶使用的燃油主要包括普通燃油和船用燃油 [5]。在船舶运行过程中,由于柴油机使用的燃油与氧气反应不充分,产生大量的CO2、SOX(以SO2为主)、NOX(以NO为主)、悬浮颗粒(以VOCs 为主)等废气废物。截至2015年,内河船舶五项大气污染物排放已达到54.6万吨,其中SO20.5万吨,CO15.8万吨,碳氢化合物4.1万吨,NOX31.7万吨,PM 2.5万吨。在这些污染物之中,NOX是造成温室效应的主要原因之一 [6],会与空气中的部分化合物发生反应产生光化学烟雾。NOX也是酸雨危害的主要源头,而且大量吸入污染气体会对人体呼吸道造成损伤[7]。
1.2 我国内河航运NOX排放政策与标准我国于2015年12月发布了《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》[8],对排放控制区内燃油类型进行规定,以降低船舶大气污染物的排放;2018年11月30日发布了《船舶大气污染物排放控制方案区实施方案》,进一步扩大了我国沿海和内河的排放控制区范围 [9]。随着排放控制区的延伸,我国船舶排放污染物的总量将逐渐降低。
图1是我国2017年到2019年船舶大气污染物的排放情况,从中可以看出,随着“限硫令”的实施和排放控制区的设立,SOX下降明显,而NOX却有增加的趋势 [10-12]。
2020年中国科学院广州地化所张艳丽研究员研究发现,在珠三角地区,随着排放控制区SOX排放量的大量减少,VOCs含量却急剧上升[13]。减少船舶污染物排放是一个长期过程,只靠提高燃料标准并不能从根源解决问题,且短时间内船舶改造成本会大幅度提升,从长远角度看,创新源头技术,开发新能源可能是更好的选择。
2018年7月1日,我国正式发布实施《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)(GB 15097—2016代替GB/T 15097-2008)》[14]。该标准第一阶段于2018年7月1日正式实施,第二阶段于2021年7月1日正式实施 [15]。第一阶段排放限值与欧盟排放标准一致;第二阶段排放限值(表1)与美国排放标准一致,第二阶段NOX的减排将在第一阶段的基础上减排20%以上 [16]。该标准的发布与实施,主要针对于2018年7月1日以后建造并投入使用的船舶,刺激并激励相关造船企业研究更加环保的船舶发动机排放技术,并促使船舶使用标准限值内的燃料。
表1 船机排气污染物第二阶段排放限值 [15]
在当前全球节能减排的大环境下,排放标准的实施均是建立在国家航运发展现状的基础上,最大程度地减少污染物的排放。在技术措施的革新和国家政策的支持下,我国内河船舶NOX的排放量将实现大幅度降低。
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2 内河航运减排NOX面临的问题
我国内河航运减排NOX发展缓慢,面临着诸多严峻的问题,主要体现在内河航运市场准入不规范、法律法规条款要求不明确、管理部门责任划分不严谨等方面。
2.1 内河航运市场准入不规范当前,内河航运市场运力过剩,行业内部竞争激烈。船舶公司为了降低船舶运行成本,使用低标准燃油产生了大量的NOX等污染气体。同时,由于内河航运存在特殊式、家族式、小作坊的特点,船员质量良莠不齐,在船舶营运的过程中普遍存在环保意识较差等问题。内河船舶的运输设备较差,对于特定的防污染设备数量有限,这就更容易导致船舶污染。所以规范内河航运市场,加强对内河船员的文化知识教育,增强其环保方面的素质,培养其环保方面的意识,对治理内河船舶的大气污染和水污染十分重要。
2.2 法律法规条款要求不明确为了减少船舶排放的大气污染物,我国实施了包括《大气污染防治法》等一系列的法律法规,但是,在实际执行中仍存在着诸如标准不明、概念含糊等问题。例如:《大气污染防治法》第六十三条规定:内河和江海直达船舶应当使用符合标准的普通柴油 [17]。但在实践中对其具体的标准存在歧义,这使得管理部门无法给予严格的监督和管理,同时给了内河船舶及其公司利用法律漏洞的机会。
2.3 管理部门责任划分不严谨海事部门在管理过程中,缺乏对船舶造成大气环境污染的专业性理解,也没有处理环境问题的权限;而环保部门又缺乏执法依据和对违反当地排放规则船舶的处理权限。两个部门不能互相弥补,充分利用各自的优势去解决问题,往往导致船舶污染面临“三不管”的局面。在缺乏足够的监督和管理的情况下,船舶排污严重影响了内河流域居民的正常生活 [18]。
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3 内河船舶NOX排放控制措施
在控制内河船舶NOX排放方面,可采取工程措施进行技术革新,利用新能源进行源头改革,改善管理措施进行方法创新。
3.1 技术革新措施目前,应用于船舶减排的工程技术措施主要有选择性催化还原技术(SCR)、臭氧氧化脱硝、等离子体联合氧化吸附脱销技术、分子筛吸附脱销工艺、废气再循环(EGR)技术等。各技术措施的优缺点如表2所示:
3.2新能源措施交通部2020年6月发布了《内河航运发展纲要》,提出“加大新能源清洁推广应用力度”,推广LNG节能环保船舶,探索发展纯电力、燃料电池等动力船舶,研究推进太阳能、风能、氢能等在航运界的应用 [3]。新能源可从源头上减少废气的排放,是船舶未来的发展方向。
3.2.1 LNG混合动力天然气是清洁的化石燃料 [26]。LNG混合动力船舶采用天然气作为转换动力。船用柴油-LNG混合动力系统是在保持原有柴油机结构和燃烧方式不变的前提下,增加一套LNG供气系统和柴油-LNG双燃料电控喷射系统,通过电子转换开关,即可实现船用柴油机单独使用柴油或使用LNG-柴油两种运行方式 [27]。由此,在源头上就解决了船舶运营所带来的废水废气问题。天然气的主要成分是甲烷 [28],甲烷与氧气反应,生成二氧化碳和水,可以极大程度地减少NOX、SOX的排放。根据国内外公开的资料显示,理论上,使用天然气和内燃机单独使用相比,SOX减排100%,NOX减排85%-90%,CO2减排15%-20%[29]。不仅烟尘和废油的排放量大大降低,由此产生的噪声问题也明显得到缓解。
3.2.2 氢气新能源氢燃料电池,是一种将自身携带的氢燃料与氧化剂中的化学能经化学反应直接转化为电能的发电装置 [30]。使用氢气作燃料,产生电能,最终产物是水,不产生任何的污染气体;同时氢燃料电池运行不影响船员的正常生活和交流,因为其运行产生的分贝只有50dB,跟人们正常说话的分贝相差很小;而且,其效率远高于传统的化石能源,发电率可以达到50%,远高于化石能源的35%[31]。此外,氢气作为一种可再生能源,其来源广泛,利用电解水产生氢气,所需的电能很少[30],也可通过回收工业生产中的副产氢来得到氢气 [30]。但目前氢燃料电池也存在反应速度较慢、影响船舶灵活性的缺点。而且氢气作为一种危险品,其安全性也有待进一步加强。在国家大力发展内河新能源船舶的背景下,未来氢燃料电池将会变得更加高效和安全。
3.3管理措施我国关于污染物排放控制发展较晚,近年来才实施了很多有关防船舶污染的规定与举措。国务院2013年9月发布的《大气污染防治计划》中提出了“开展非道路移动机械和船舶的污染控制”。至此,国家开始逐步建立相应的船舶污染控制计划。今年推出的《内河航运发展纲要》提出,推进船舶靠港使用岸电,完善水上绿色综合服务区、液化天然气加注码头等绿色服务体系建设,为减少污染物的排放实现全方位的控制。
3.3.1 岸电控制措施我国《大气污染防治法》第六十三条提出,新建成的码头应规划设计建造岸电设施,已建成的码头逐步实施岸电设施改造。岸电设施作为一种新型的减排途径,既可以减少船舶靠港作业时所消耗的能源,又能减少船舶消耗燃油所排放的船舶废气。
3.3.2在线监测技术2019年10月,江苏泰州引入国际领先的船舶尾气移动遥感监测系统。该装置安装于航道内,通过空气质量的分析,分辨船舶尾气排放中各种废气的浓度 [32]。该装置的使用极大提高了海事部门的监管能力,有利于监管部门在数据资料的基础上更好地对船舶尾气的排放进行控制。我国应适当引入欧美实行的基于“嗅探法”的船舶尾气移动遥感技术,加大对于自动识别系统AIS和航行记录系统VDR的研究力度,保证船舶在排放控制区内排放的尾气数据具备实时性,并及时上传到海事中心,加强管理部门的监督,也可显示于船舶,更便于从船舶本身的角度去自主控制尾气排放浓度。
3.3.3规范航运法规当前相关法规中还存在着相关部门、有关规定、相关排放要求等模糊字眼,建议在法律中清晰明确哪些部门对防污染事项负有责任,船舶应该遵守哪些规定,发动机的排放具体应按照什么样的排放标准,具体到数值,以便于责任的划分。对于船东方面,应根据现有的条件制定相关的排放手册和具体排放要求,结合当地实际情况并赋予环保部门执法权限,或推行交通部门与环保部门联合执法的行动,更好地管理船舶排放问题。
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4 结论
我国对NOX的排放控制起步较晚,而且内河航运又存在着航道拥挤、船舶密度较大、船舶不易管理等方面的劣势,NOX的排放控制依然是当前我国内河航运亟需解决的问题。在国家节能减排政策环境下,无论是SOX的排放还是NOX的排放,都已纳入符合我国国情的限排标准。研究开发新能源、探索柴油机节能环保新技术,优化船舶运行方式,都是当下控制船舶废气排放的有效途径。加强船舶管理,优化、健全内河限排政策、环保资金扶持政策,必将推动我国内河航运业更好地发展。
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