專題報導(一) 船舶相關法規-NOx排放管制加碼
造船業者最關注的NOx排放上限新規定即將生效，David Tinsley就此探討減排方法、挑戰和獎勵制度。國際海事組織(IMO) Tier III排放標準上路，預告著在北美及美國加勒比海排放管制區(Emission Control Areas)內，於2016年1月1日當天及之後下水的5000GT以上船舶，需遵守大幅下調的氮氧化物(NOx)排放限制。2017年7月召開的國際海事組織(IMO)海上環境保護委員會第71屆會議(MEPC 71)，確定將這項強制性規定大幅擴展至北海和波羅的海。Tier III NOx排放限制於2021年1月起生效，並且適用於所有之後新建造船舶。
此外，中國預計兩、三年內申請成為IMO排放管制區之一員，排放管制並非僅單純限制SOx排放量，還可能同時限制包含NOx和Sox排放量。有鑑於該國作為經濟強權，海上貿易規模龐大，此舉將大幅擴展全球航運版圖中的排放管制範圍。挪威船級協會(DNV-GL)建議，即使新造船舶計劃在現行或未來於NOx排放管制區之外航行，船主仍應審慎考慮採用Tier III合規技術，以配合此項標準後續的改裝要求。此一規定適用於柴油機輸出功率130kW以上的所有船舶。
在三井造船公司玉野船廠，Mitsui-MAN測試用柴油機搭載曼恩的新款高壓SCR系統 (圖/2017年副刊《船舶動力與推進》)
該協會指出，從Tier II升級的主要難處，在於Tier III減排技術、柴油機和監控系統的改裝，以及船上的合規測試和排放量測量，都面臨空間限制。柴油機必須在規定的負荷點做合規測試，且僅在測試台上順利進行，卻無法進行實際上船安裝後之測試。挪威船級協會在其近期出版的《DNV GL NOx Tier III Update—合規方面的選擇與挑戰》中提到：「添購Tier III NOx減排技術不僅符合排放法規，還有更多好處。」
「這能證明一間公司致力於確保永續營運，對其日益重視。此外，安裝Tier III合規技術能直接帶來經濟效益，船舶若配合ESI(環保航運指數)之類的第三方環保計劃，在許多大港皆能享有港務費的高折扣優惠。」根據挪威船級協會估計，船舶設備升級為Tier III之後，比起Tier II標準，ESI指數可增加五分左右。以下為港口對Tier III系統提供靠港費優惠的例子：
⚫洛杉磯港(美國)：ESI指數50分以上船舶，每次減收2,500美元；
⚫漢堡港(德國)：ESI指數50分以上船舶，每次減收1,500歐元；
⚫鹿特丹港(荷蘭)：符合Tier III的船舶，每次減收20%；
⚫安特衛普港(比利時)：ESI指數31分以上船舶，每次減收10%
挪威氮氧化物基金(NOx Fund)、芬蘭投資補助、香港《乘風約章》(FWC)、深圳和海事新加坡綠色倡議實體等其他計劃都對添購Tier III的業者祭出減排的獎勵。
根據挪威船級協會，目前最能將NOx減排達到Tier III標準的方案有選擇性觸媒還原法(SCR)、廢棄再循環(EGR)和某些燃氣機。協會在報告中指出：「SCR、ERG和替代燃料之外尚有其它技術，但差在成熟度仍舊不足。其它開發中技術包括直接水噴射(DWI)、油水乳化(FEW)以及進氣乾燥系統。」
SCR能減少NOx排放量達80%以上，在業界有三百多個海上安裝案例，大多數已經過改裝，參考基礎值仍持續成長。相較於其他Tier III技術，SCR系統將作為還原劑的尿素溶液儲存於特殊的尿素箱當中，必須斷斷續續地補充尿素，是一筆經常性開銷。挪威船級協會認為SCR屬於「密集支出項目」，並估算在NOx排放管制區，尿素帶來的額外運作成本，相當於額外燃料費的8%左右。為確保SCR系統持續脫硝和避免阻塞現象，對於廢氣溫度須特別注意。
燃油中的硫對SCR系統而言亦為一項重要考量。柴油機處於低負荷狀態時，可能產生固態的銨鹽(硫酸氫銨)，因此廢氣入口須維持高溫來避免觸媒當中的硫酸氫凝結黏附，否則將嚴重影響減碳成效，並可能導致其他問題。此外，直驅式的二行程柴油機在低負荷狀態下運作和操控須關閉SCR等問題仍窒礙難行。因此SCR有必要配合標準的二行程推進系統實行技術改良。
曼恩動力設備公司(MAN Diesel & Turbo SE)於2016年生產世界上第一台經IMO認證的二行程柴油機，符合NOx Tier III排放標準並配備EGR系統，提升了此一合規方案的知名度。雖然挪威船級協會表示EGR的期初投資支出略高於SCR，但運作成本一般較低。另外，EGR組件與柴油機整合度高，在空間要求方面具有一大優勢。
EGR系統對柴油機內燃過程有直接影響，可能造成碳煙排放量和油耗量增加約4%。廢氣必須經清潔後再循環，以避免燃燒室遭腐蝕和產生碳煙，這時就需要小型洗滌器。至於洗滌水處理系統，可以有彈性裝配於任何一處位置。而採取傳統熱回收方式的「節約裝置」(economiser)，廢氣流中可利用的熱能較少，可能要另外安裝燒油鍋爐(oil-fired boiler)補其不足。
EGR分為高壓EGR和低壓EGR，分別在渦輪增壓(turbocharger)階段前後將廢氣從排氣管路中取出。目前的研究結果指出，在兩者之中，低壓EGR的初期及運作成本較為低廉。
現有的所有替代燃料當中，在採用稀薄燃燒(lean-burn)和四行程循環(又稱奧托循環)內燃機的方式下，以液態天然氣(LNG)最具減排潛力，能將排放量減少80-90%，符合Tier III標準要求。不過此種燃燒原則對去氮氧化物成效有根本性的影響，換成高壓二行程，僅能將氮氧化物減少約40%。LNG的附帶效益是完全不製造硫氧化物(SOx)，在全球的供應設施和使用度皆呈現成長趨勢，儘管LNG要價高昂，還是獲得許多定期在嚴格的硫排放管制區內營運之客戶，或航行至這些區域的船舶業者的青睞。
表(一)：SCR與EGR資本成本比較表
表/挪威船級協會(DNV GL)
表(二)：SCR與EGR運作成本比較表—影響因素
表/挪威船級協會(DNV GL)
挪威船級協會整理的SCR和EGR成本比較如表(一)與表(二)所示，依序由$50/kW(千瓦)至$150/kW列出兩者的初期投資費用。裝機功率越高，得到的價值越低。價格呈現遞減，尤其是5,000kW以下的小規模安裝。系統設計優化亦可減少所需容量，從而降低觸媒成本。EGR裝機功率高的時候較為划算，反觀SCR則是裝機功率低，更經濟實惠。
資料來源:英國皇家造船工程師學會/2017年副刊《船舶動力與推進》
