4月11日，国际航运组织（IMO）宣布通过全球航运业净零排放框架[1]，该框架是全球首个将整个行业领域的强制性排放限制和温室气体定价相结合的法规，旨在到2050年左右实现全球航运净零目标。IMO净零框架的具体措施包括设立新的船舶燃料标准和引入全球碳定价机制，将对总吨位超过5000吨、排放量约占全球航运二氧化碳排放总量85%的大型远洋船舶强制执行，规定航行船舶必须逐年降低其温室气体燃料强度（Gas Fuel Intensity, GFI）。IMO净零框架的达成意味着全球航运业正式迈入“强制减排时代”，其中，研发低碳船用燃料和配套动力技术是航运业低碳减排的重要解决方案之一。本文整理了近期航运业低碳燃料部署动态以及研发与应用进展，总结了需要关注的相关研究问题，以期为未来航运业减排提供参考。
一、主要国家部署动态
随着低碳观念的深入和IMO规范的日益严苛，各国针对航运业低碳发展进行积极部署。美国于2024年7月提出《2024年国际海上污染问责法案》[2]，要求对在美国港口卸货的大型船舶征收污染费，激励相关部门研发和使用低碳船用燃料和低排放海事技术；2024年12月，出台《海洋能源与排放创新行动计划》[3]，计划部署低碳船舶、提出低碳和零排放燃料及能源解决方案、支持低排放和零排放船舶设计与建造等；2025年4月，美国退出IMO航运脱碳谈判[4]。欧盟在2024年5月通过《净零工业法案》[5]，旨在提高欧盟本土净零技术制造产能，支持商业上可行或即将进入市场的海上可再生能源技术等战略性净零技术，加速布局清洁船舶。我国于2023年12月发布《船舶制造业绿色发展行动纲要（2024—2030年）》[6]，提出到2025年LNG、甲醇等绿色动力船舶国际市场份额超过50%，加快绿色动力系统研发应用，推动船用配套设备绿色升级；2024年3月，印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》[7]，要求逐步扩大LNG、生物柴油、绿色甲醇等新能源船舶应用范围。日本在2024年12月发布《GX（绿色转型）2040愿景》草案[8]，明确支持零排放船舶发展，强化海事产业竞争力；2025年1月，国土交通省为16家造船厂和设备制造商提供总额超过1200亿日元（约合57.26亿元）资金[9]，支持建设以氢、氨为燃料的零排放船舶，推动发动机、储罐、燃料供应系统等关键技术的研发与生产。
二、研发与应用进展
航运业正在加速布局液化天然气（LNG）、氢、氨、生物燃料、甲醇等绿色航运燃料研发与应用，用于替代传统化石燃料，推动行业温室气体减排。
1、LNG燃料技术仍在攻克甲烷逃逸难题
液化天然气行业联盟（SEA-LNG）2024年年度报告显示，LNG船用燃料技术与配套动力系统较为成熟，预计到2028年，营运中的LNG动力船舶将超过1200艘[10]，但仍需解决甲烷逃逸排放问题[11]。2024年12月，国际清洁交通委员会（ICCT）启动船舶甲烷逃逸与未燃烧甲烷排放第二阶段研究（FUMES 2）[12]，旨在实地测量（船上测量和无人机测量）LNG动力船舶的甲烷排放，将在FUMES 1基础上进一步填补LNG发动机、LNG运输船和LNG货物装卸过程中甲烷排放的关键知识空白。2025年4月，芬兰瓦锡兰（Wartsila）集团针对专为LNG动力船舶设计的Wartsila 50DF双燃料发动机推出一项全新的甲烷逃逸减排方案[13]。新技术将50DF发动机传统双燃料模式改为火花点火燃气运行模式，引入电控预燃室阀门优化燃气点火与燃烧，测试显示，这一运行模式使得甲烷泄漏率降至1.1%，未燃烧甲烷排放降低75%，燃气消耗减少4.6%。
2、探索氢燃料作为长期可持续发展的潜在解决方案
船用替代燃料中，氢燃料是除LNG以外的重要选择，预计到2050年，氢能船舶约占替代能源船舶的40%[14]。2024年7月，全球首艘商用100%氢燃料电池驱动的“Sea Change”号渡轮开始商业运营[15]，渡轮采用零排放工业（Zero Emission Industries）集成氢动力系统，配套康明斯360千瓦氢燃料电池和高压氢瓶供应商Hexagon Purus246千克250巴储氢罐等，行驶距离可达300海里（约555公里）。2024年10月，大连海事大学研究团队显著提高MAPbI3钙钛矿体系的光催化产氢活性，在铜/碘化铜和铂的助催下，MAPbI3体系的光催化析氢活性提高了2334倍，实现了高效光催化制氢过程，助力船舶减排[16]。
3、氨燃料船舶应用正在逐步成熟
国际能源署《净零排放路线图》指出，到2050年，航运氨燃料在最终能源消耗中的占比将达到44%[17]。2024年3月，全球首艘双燃料氨动力船舶在新加坡港完成燃料试验[18]，并获得新加坡船舶登记处的船旗批准以及挪威船级社的“气体燃料氨”标志，新加坡港也成为全球首个完成氨燃料加注的港口。2024年8月，日本邮船、IHI集团和日本船级社建成全球首艘商用氨燃料船“魁（Sakigake）”号[19]，并于2025年3月正式完成示范航行，实现90%以上的氨燃料混烧率和温室气体排放量削减率，最高可达95.2%[20]。
4、生物燃料船舶研发与生物燃料应用持续发力
据挪威船级社最新发布数据显示[21]，船用生物燃料需求显著增加，全球航运掀起“生物热”。2024年5月，日本邮船子公司NBP与常石造船集团、英国可再生能源企业Drax Group签署谅解备忘录，计划开发全球首艘生物质颗粒燃料船舶及其配套动力技术。船舶建成后，将以生物质颗粒高温燃烧后的一氧化碳、氢气和甲烷等气体为动力，与使用化石燃料相比，船舶全寿命周期碳排放量减少22%[22]。2025年4月，丹麦航运巨头Norden完成全球首次使用负碳生物燃料的航行，消耗的65吨船舶动力燃料中有20%是MASH Makes公司利用无氧高温加热农业废料生产的负碳生物燃料[23]，其中，每生产1吨MASH Makes生物燃料，还能产生1.8吨可以从大气吸附5.7吨二氧化碳的生物炭。这一试验证明，MASH Makes负碳生物燃料可以用于未经改造的船用发动机。
5、甲醇成为极具潜力的未来船用替代燃料
甲醇是环境风险最低的船用替代燃料，应用潜力巨大[24]。2025年2月，中船温特图尔发动机有限公司研发出全球最大功率的拥有完全自主知识产权的甲醇双燃料船用主机[25]，使用工业酒精甲醇替代95%的传统柴油燃料，并于3月成功交付，应用于长江航道首支规模化运营清洁船队，标志着高端甲醇船舶动力技术从前期研发迈入产业化应用的新阶段[26]。2025年3月，德国卡尔斯鲁厄理工学院下属ICODOS公司在曼海姆市的废水处理厂建成一座生产甲醇的创新设施[27]，可以利用先进工艺从废水中提取出沼气，进而转化生成具有成本效益的船用绿色电子甲醇，这一设施紧凑且可扩展，适合分布式部署。
三、未来展望
（1）LNG加注难题仍待攻克。燃料加注和相关基础设施可用性是决定LNG推广应用的重要决定因素[28]。燃料加注设施建设的初始投资成本相对较高，涵盖驳船或港口的设计、建造和运营等多个环节[29]；转移或储存燃料过程中可能发生甲烷溢出或泄漏，需要精确的实时气体泄漏监测系统，结合废气再循环、氧化催化等技术减缓甲烷逃逸问题[30]；加注过程需要妥善处理储罐中LNG残留，研发配套的压力释放系统、蒸气回流系统、超压保护系统等防止储罐破裂或损坏[31]。
（2）制氢、储氢与输氢技术尚需发展。传统制氢方式会产生大气污染物和温室气体等，需要发展可再生电力制氢等绿色制氢途径[32]；储氢与输氢方面，氢燃料能量密度小且易爆炸，需要创新设计船用高密度储氢容器和低温液氢储存系统[33]，开展评估长途输氢的技术与经济可行性，利用现有海底天然气管道，输送海上风电生产的绿氢[34]。由于能量密度的限制，氢燃料目前仅适用于短程航行，需要解决船舶制氢（如海水电解制氢）问题以满足国际远洋航行需求[35]。
（3）氨燃料燃烧研究仍不成熟。氨的燃烧性能等关键参数尚未完善，如点火延迟时间、火焰速度、燃烧极限、污染物生成特性等，需要不断验证改进其反应动力学机理[36]。氨燃料发动机也受限于燃料特性，存在功率输出低、热效率低等问题，需要系统了解氨燃料燃烧稳定性机理，改进热力循环体系与内部结构[37]。此外，鉴于氨具有腐蚀性和危险性，需要制定严格的安全措施和完备的技术标准防止环境污染和保护机组人员健康，同时提高加注和储存设施的耐腐蚀性[38]。
（4）生物燃料混掺比例可以继续提高。目前生物燃料混合比例为10%~20%，随着20%混掺测试的初步成功，可以进行更高比例的评估研究[39]。然而，生物混合燃料不太稳定，不正确的混合方式会导致沥青质沉淀现象，堵塞燃料系统，需要在提高生物燃料比例的同时兼顾混合燃料稳定性，确保与船舶基础设施相容。生物燃料的酸度特性也会腐蚀燃料系统组件，需要研发兼容材料建造耐腐蚀的燃料系统。
（5）甲醇应用需要克服系列阻碍。高制备成本和低能量密度是限制甲醇发展的主要障碍，需要研发以合理成本生产可再生甲醇的方式提高供应能力，改进发动机组结构缓解甲醇动力不足问题[40]，补充甲醇船舶实际运行中的性能数据，提高关键技术可靠性和满足多样化船型需求[41]。此外，需要扩建甲醇加注设施，构建统一的绿色甲醇认证标准和明确的监管体系。
注释与参考文献：
[1]International Maritime Organization. IMO Approves Net-Zero Regulations for Global Shipping.https://www.imo.org/en/MediaCentre/PressBriefings/pages/IMO-approves-netzero-regulations.aspx#:~:text= The %20IMO% 20Net-zero%20Framework%20is%20the%20first%20in,and%20GHG%20pricing%20across%20 an%20entire%20industry%20sector.
[2]Congress. International Maritime Pollution Accountability Act of 2024.https://www.congress.gov/bill/118th-congress/house-bill/9013/text
[3]NREL. An Action Plan for Maritime Energy and Emissions Innovation.https://www.energy.gov/sites/default/files/2025-01/doe-action-plan-maritime-energy-emissions-innovation-report.pdf
[4]新浪财经. 突发！特朗普退出IMO航运脱碳谈判，并威胁报复.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1828977920798432599&wfr=spider&for=pc
[5]European Commission. Net-Zero Industry Act Makes the EU the Home of Clean Tech Manufacturing and Green Jobs*.https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_24_2309
[6]中央人民政府. 工业和信息化部 国家发展改革委 财政部 生态环境部 交通运输部关于印发船舶制造业绿色发展行动纲要（2024—2030年）的通知.https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202312/content_6923175.htm
[7]中央人民政府. 国务院关于印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》的通知.https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202403/content_6939233.htm
[8]済産業省. GX2040ビジョン（案）」に対する御意見を募集します. https://www.meti.go.jp/press/2024/12/20241227007/20241227007.html
[9]国土交通省. ゼロエミッション船等の建造促進事業の採択～次世代船舶の世界トップシェア獲得に向け、1200億円超の設備投資を促進～. https://www.mlit.go.jp/report/press/kaiji05_hh_000286.html
[10]Offshore Energy. LNG is Steady Compass to Net Zero, SEA-LNG Found. https://www.offshore-energy.biz/lng-is-steady-compass-to-net-zero-sea-lng-found/
[11]ICCT. Real-World Methane Emissions from LNG-Fueled Ships are Higher than Current Regulations Assume, New Study Finds. https://theicct.org/pr-real-world-methane-emissions-from-lng-fueled-ships-are-higher-than-current-regulations-assume-new-study-finds-jan24/
[12]ICCT. International Research Consortium Launches Fumes 2 to Further Quantify Methane Emissions from LNG Shipping. https://theicct.org/pr-icct-fumes-2-project-summary-dec24/
[13] Wärtsilä. Newly Introduced Solution for Wärtsilä 50DF Engine Further Reduces Methane Slip by up to 75 Percent. https://www.wartsila.com/media/news/09-04-2025-newly-introduced-solution-for-wartsila-50df-engine-further-reduces-methane-slip-by-up-to-75-percent-3572045
[14]国际氢能网. 氢能船舶，绿色航运未来. https://h2.in-en.com/html/h2-2432124.shtml
[15]American Marine. AAM + SWITCH Maritime Announce the Launch of Sea Change, the World’s First Commercial Vessel Powered 100% by Hydrogen Fuel Cells.https://www.allamericanmarine.com/hydrogen-vessel-launch/
[16]Energy & Environmental Science. Depressing Charge Recombination in Hybrid Perovskites by Introducing Dynamic Electron/Energy Relay Couple towards Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production. https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/EE/D4EE03864A
[17]IEA. Net Zero Roadmap: A Global Pathway to Keep the 1.5 ℃ Goal in Reach.https://www.iea.org/reports/net-zero-roadmap-a-global-pathway-to-keep-the-15-0c-goal-in-reach
[18]MPA. World’s First Use of Ammonia as a Marine Fuel in a Dual-Fuelled Ammonia-Powered Vessel in the Port of Singapore. https://www.mpa.gov.sg/media-centre/details/world-s-first-use-of-ammonia-as-a-marine-fuel-in-a-dual-fuelled-ammonia-powered-vessel-in-the-port-of-singapore
[19]NYK Line. NYK Completes World’s First Commercial-Use Ammonia-Fueled Vessel. https://www.nyk.com/english/news/2024/20240823_01.html
[20]NYK Line. World’s First Commercial-Use Ammonia-Fueled Tugboat Completes Three-Month Demonstration Voyage. https://www.nyk.com/english/news/2025/20250328_02.html
[21]DNV. Biofuels in Shipping – Current Market and Guidance on Use and Reporting. https://www.dnv.com/maritime/publications/biofuels-in-shipping-white-paper-2025-download/
[22]NYK Line. MOU Agreed to Develop ‘Bioship’ Technology and Plans to Construct the World’s First Biomass-Fuelled Ship. https://www.nyk.com/english/news/2024/20240514.html
[23]MASH Makes. MASH Makes Powers First Vessel Trial with Biofuel from a Carbon-Negative Process. https://www.mashmakes.com/blog/mash-makes-powers-worlds-first-vessel-trial-using-drop-in-biofuel-from-a-carbon-negative-process
[24]Methanol Institute. Methanol: An Emerging Marine Fuel. https://www.methanol.org/wp-content/uploads/2020/04/Methanol-Emerging-Marine-Fuel-Presentation.pdf
[25]人民日报. 我国自主研制的全球最大功率甲醇双燃料船用主机交付. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1825100064506629373&wfr=spider&for=pc
[26]科技前沿观察者. 我国首型甲醇燃料船用中速机交付，助推航运绿色转型. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827899313382686884&wfr=spider&for=pc
[27]KIT. Carbon-Neutral Marine Fuel from Wastewater. https://www.kit.edu/kit/english/pi_2025_023_carbon-neutral-marine-fuel-from-wastewater.php
[28]Ship & Bunker. INSIGHT: A Comparative Analysis of Alternative Fuels for Sustainable Maritime Shipping. https://shipandbunker.com/news/world/527976-insight-a-comparative-analysis-of-alternative-fuels-for-sustainable-maritime-shipping
[29]引擎轰鸣者. LNG加注技术革新航运业：新潮流与未来展望. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1829739955572034237&wfr=spider&for=pc
[30]Scientific Reports. Leakage Analysis and Leakage Monitoring System Design for LNG Tanker Filling Process. https://www.nature.com/articles/s41598-024-84173-x
[31]DNV. Rising LNG Demand: Overcoming Bunkering Challenges. https://www.dnv.com/expert-story/maritime-impact/rising-lng-demand-overcoming-bunkering-challenges/
[32]清洁交通伙伴关系. 热点研究丨船用新能源特性及应用展望. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODIyNjk2Ng==&mid=2247495493&idx=1&sn=fdb30a460ef27089fbb4569e8840d7f4&chksm=fc13747ee8352a255f7ae77b6be5fcea4f638b359e400306ed7b3a67814c766fee7133756eae&scene=27
[33]International Journal of Hydrogen Energy. Hydrogen Energy Storage in Maritime Operations: A Pathway to Decarbonization and Sustainability. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319925007736#sec10
[34]Energy Reports. Hydrogen as Fuel in the Maritime Sector: From Production to Propulsion. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484724007261#sec0100
[35]International Journal of Hydrogen Energy. Utilization of Waste Heat for Onboard Hydrogen Production in Ships. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319924002696#sec5
[36]Fuel. Combustion Characteristics and Flame Development of Ammonia in an Optical Spark-Ignition Engine. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236124017502
[37]Applied Energy. Analysis of Cyclic Thermodynamic System Combining Ammonia Gas Turbine and Transcritical Carbon Dioxide.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924016210
[38]LR. Ammonia as Fuel: Quantitative Risk Assessment Ranks Safety Issues. https://www.lr.org/en/knowledge/horizons/september-2023/ammonia-as-fuel-quantitative-risk-assessment-ranks-safety-issues/
[39]Mansfield Service Partners. Marine Biofuels: What Research is Uncovering. https://msp.energy/marine-biofuels-what-research-is-uncovering/
[40]Ship Universe. Methanol Gains Momentum. https://www.shipuniverse.com/news/methanol-gains-momentum/
[41]中国能源报. 绿色甲醇船舶“失宠”？. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827347721753245932&wfr=spider&for=pc
