引言

　　巴黎协定旨在实现“控温2℃，争取1.5℃”的长期目标，但目前全球气候行动远远不够，各行业都应提高气候雄心，航运业也应做出更多贡献。2021年11月22日至26日，国际海事组织（IMO）海洋环境保护委员会（MEPC）召开了第七十七届会议（MFPC77），成为继COP26（第26届联合国气候变化大会）后又一令人瞩目的国际会议，增强了航运业减排的雄心。此次会议同意提高IMO船舶温室气体减排初步战略减排要求，或期在2050年实现航运温室气体零排放，最终草案将在MEPC80（2030年春季）会议上审议。

　　《IMO船舶温室气体减排初步战略》（以下简称“初步战略”）在2018年MFPC72会议上通过，是航运业减排的初步整体安排，旨在为全球应对气候变化做出贡献。未来，船舶行业减排很大程度依靠低碳替代燃料，但通过优化新船设计和降低航速减碳也不可忽视，本文将聚焦优化新船设计和降低航速的减排效果及成本进行分析。

　　正文

　　航运业积极减排刻不容缓，

　　替代燃料成“救命丸”？

　　航运业碳排放量约占全球3%，且增速快。当前90%的国际贸易（从商品重量维度）通过船舶运输实现，2011至2019年期间国际海运贸易呈增长趋势，2020年受疫情影响国际海运贸易下降。虽然航运是长距离运输大批量货物性价比最高的方式，但该行业的碳排放规模庞大：每年排放量约占全球人为温室气体排放量的3%，也是碳排放增速最快的部门之一。根据IMO第四次温室气体研究[1]，由于全球海运贸易的持续增长，航运总温室气体排放量（CO2、CH4、N2O）已从2012年的9.77亿吨增加到2018年的10.76亿吨。航运二氧化碳排放在全球人为二氧化碳排放中的份额已从2012年的2.76%增加到2018年的2.89%，期间航运二氧化碳排放占比大致呈增长趋势。

　　初步战略中，航运碳强度下降的目标有望实现。单位运输工作二氧化碳排放量下降趋势符合预期：根据IMO基于船舶和航程估算的国际航运碳强度的结果，发现两种方式计算的碳强度2018年较2008年降低约30%。

　　我们以2015—2018年近3年的碳强度降低的平均速度估算，按照当前的节奏，到2030年基于船舶估算的国际航运碳强度较2008年约下降45.21%，值约为9.37gCO2/t/nm；基于航程估算的的国际航运碳强度较2008年约下降43.23%，值约为8.61gCO2/t/nm，满足2030年至少比2008年减少40%的目标，从估算结果来看，初步战略中航运碳强度下降的目标有望实现。但是，值得注意的是，由于减排难度递增，未来碳强度下降幅度将趋缓，航运碳强度下降达标变数仍存。

　　然而，航运二氧化碳总排放量下降不甚容易。航运碳排放强度下降趋势符合预期，碳排放总量削减却不甚容易：未来经济增长将驱动船舶运输需求攀升，若不及时遏制其碳排放上行趋势，IMO预测2050年海运二氧化碳排放量较2008年增长约90—130%[1]，这与初步战略的目标（2050年温室气体年度总排放量较2008年至少减少50%）相背离。发展绿色航运对全球碳减排至关重要，航运业应采取更积极的减排行动。

　　综上所述，初步战略中航运碳强度下降的目标有望实现，但航运年度温室气体总排放量下降的目标实现仍需努力，且在2021年MFPC77会议后IMO将提高减排目标，目前船舶业需采取更积极的减排行动。

　　通过替代燃料减排是绝对路径，但短期受限。船舶业减排行动有多种形式，需基于现实情况进行选择。从长远来看，航运采用低碳和零碳替代燃料是实现净零排放的绝对路径。现有潜在的船用替代燃料主要包括：1）液体天然气、2）电力（全电力）、3）生物柴油、4）甲醇、5）氢、6）氨等，其中氨燃料和氢燃料近年来备受关注。然而，由于缺乏政策机制、成本昂贵、技术限制等多方面原因，目前国际航运中几乎没有使用低碳燃料。

　　第一阶段：考虑提高船舶能源效率和运营效率。替代燃料减排途径，短期受到多方因素限制，且2030年前预估渗透率不及预期：国际能源署预测[2]，预计到2030年，低碳和零碳燃料将占国际航运总能耗的2%左右，这远远低于净零排放情景下估计的2030年达到15%。因此，当前阶段不能仅仅寄希望于低碳、零碳替代燃料，率先通过提高新船能源效率标准、降低航速等措施减排也格外重要。

　　短期措施如何抬升船运成本？

　　短期措施：通过优化船体设计和减少运行阻力来达到减排目的。新船进行设计时需达到EEDI1机制中相应船舶尺寸的能效等级，旨在鼓励船舶业使用更节能的设备，促进节能减排技术的发展创新。船体设计可以从船舶的形状、容量、材质、涂层、降阻装置等方面进行优化：增加船舶容量可减少单位运输工作的排放量，优化船体形状以减少阻力可显著降低功耗和排放量，其他措施，如轻量化、船体涂层和润滑，有助于进一步改善船体性能。

　　1、EEDI是船舶的能效设计指数，EEDI机制要求不同船型和尺寸船舶的每容量英里（例如吨英里）的最低能效水平，自2013年1月1日起实施，新船舶设计需要满足相应的参考水平。EEDI为单个船舶设计提供了一个具体数字，根据给定船舶的技术设计参数的公式计算，以每艘船的容量英里的二氧化碳（CO2）克数表示，EEDI越小，船舶设计得越节能。船舶的EEDI数值需分阶段进行折减，具体的折减要求是，第0阶段（2013-2014年）的折减系数为0，第1阶段（2015-2019年）的折减系数为10%，第2阶段（2020-2024年）的折减系数为20%（杂货船和冷藏货船的折减系数为15%），第3阶段（2025年及以后）的折减系数为30%。

　　1）节能船型平均能够降低10-25%的碳排放量。在船体优化设计中，细长形状的船型设计能够在保证载货能力的同时减少单位能源的消耗，具有显著的碳减排效用。标准船型的二氧化碳排放量为8.3千克/千吨海里，高于了任何优化设计船型的排放量。在与标准船型具有相同承载能力的优化设计中，船体形状越细长，碳排放量越低，最优碳排放量可低至6.2千克/千吨海里，相较标准船型达到了25%的减排量。

　　2）由于船舶阻力与运输速度直接相关，功率与阻力、运行速度相关，因此速度优化是另一种可以减少燃油消耗和降低排放的措施。现有研究结果[4]表明，新的船体设计和降低航速可有助于不同程度地减少二氧化碳排放，其中船舶容量优化和速度优化减排力度大，但单一措施的减排潜力有限，结合多种措施实施减排效果更佳。

　　短期减排措施将抬升船运公司成本。优化船体设计、降低航速等减排措施，尽管能够带来部分成本节省（降低单位运输工作燃油消耗和提高效率），但是采取措施需要初始成本（研发成本、安装成本等）和运营成本（收入损失、维护成本、培训费等）。毋庸置否的是，这些短期措施会逼迫船运公司上调未来运营成本的预期。

　　我们以降低航速为例，降低航速减少了单位时间燃油成本，但是延长了运输时间——增加了发动机工作时间从而抬高燃油消耗总量；此外，降低航速还损失了运输其他货物的机会成本，增加了运营成本（包括船员工资、维护费和资本成本）。Corbett和Wang（2009）[5]评估了船舶降低二氧化碳排放的降速方案的成本，降速的边际成本曲线如下图所示，当集装箱船队实现二氧化碳减排降速20%时，每吨二氧化碳减排成本在30美元至200美元之间，具体取决于船队如何响应减速任务。

　　细长形状的船型设计能够减少单位能源的消耗，但会抬升船舶建造成本。原因在于，当船舶建造得更细时，为了保持吨位不变，需要增加船宽或长度，从而增加了钢材使用量。同时，细长船体形状会使得船舶建造更加复杂，增加了建造工时。具体来看，以传统巴拿马船型作为标准，在两种长度下，船舶的建造成本均随着方形系数2的降低而增加。在最为细长的设计下，即船舶长度为246米，方形系数达到0.59时，船舶建造成本较传统船型抬升15%。

　　2.方形系数（Block Coefficient）：是表达船舶水下形状的肥瘦程度的重要数据，一般认为，方形系数越小的船舶越狭长；方形系数越接近1的船舶越肥大。

　　高燃料价格趋势下，细长船型优化的碳减排成本为负。船舶建造成本的增加将会使得每年折旧费用及自有资金成本在内的财务成本增加。但考虑到新船型的节能效用，当前的高燃料价格将使得新船型设计具有经济效益。图10衡量了三种燃料价格下不同船型的单位运行成本，在120美元/吨的低燃料价格下，传统船型具有最低的运行成本，而当燃料价格达到600美元/吨及更高的1200美元/吨时，优化船型节约的燃料成本将覆盖由于建造成本抬升而增加的固定运营成本，从而使得单位总运行成本下降。