当前，全球船舶与航运产业正经历深刻变革：国际海事新规持续加码，绿色低碳转型加速落地，智能船舶与高端装备国产化不断突破，产业链格局面临重塑。技术、政策、市场三者交织，机遇与挑战并存。
2025年4月，国际海事组织IMO批准了《IMO净零框架》草案，确立了实现航运业2050净零排放目标的脱碳路径，但由于存在分歧，原定10月的表决推迟至2026年10月。在当前复杂的地缘政治和经济博弈背景下，IMO净零框架的走向存在不确定性。2026年3月，中国“十五五”规划纲要发布，明确要大力发展绿色氢能，推动产业链向绿色氨醇等燃料延伸，加快推进交通领域应用。
七一一所研发中心总工程师梁刚，从燃料选择、技术创新、数智赋能、可靠性攻坚四个方面切入，回答了在“双碳”目标与海事减排压力下，船舶发动机脱碳问题。
1.燃料选择：多元燃料长期并行
- 多元燃料特性
航运业脱碳是大势所趋，LNG、甲醇、氨、氢及生物质燃油是船舶发动机脱碳的主要替代燃料。
LNG产业链成熟，储运较为便利，目前应用最为广泛，但甲烷逃逸处理是难题；
绿甲醇常温下为液态，储运便利，新船建造和旧船改造成本较低，应用增长最快；
绿氨制备成本优势明显，应用潜力大，虽面临使用安全性以及发动机可靠性挑战，但已开始商业应用；
绿氢储运困难、基础设施缺乏、安全风险大，适用于短程航线，商业化成熟度最低；
生物质燃油则受到原料不够充足的制约。
由于燃料可获得性、储运便利性、发动机技术成熟度、经济性、政策法规等因素的差异性，并不存在全场景、全地域、全阶段均占优的单一替代燃料。
- 脱碳之路
在较长一段时期内，不同替代燃料船舶发动机将并行发展；而出于安全性冗余、全生命周期经济性的综合权衡，“传统燃料+替代燃料”的双燃料架构作为关键的过渡技术，在船舶发动机领域将长期存在。因此，研究各种替代燃料发动机技术，为快速响应市场推出相应产品做好储备，是应对燃料多元化的必然选择。
中国是全球最大氢能生产国（产能超全球三分之一），绿甲醇、绿氨等绿色燃料产能全球领先，随着“十五五”期间氢能产业爆发，叠加内河航运新能源动力鼓励政策，中国的船舶发动机脱碳将走出一条“先内河、再远洋”的发展之路。
2.技术创新：由低碳向零碳进发
- 燃烧方式选择
从燃烧方式角度看，替代燃料船舶发动机存在低压气道喷射预混燃烧和高压缸内喷射扩散燃烧两条技术路线：
预混燃烧方式技术难度低、对发动机改动少但燃料逃逸量大、综合性能较差，属于过渡技术路线；
扩散燃烧方式具有减碳率高，动力性、经济性、排放性等综合性能好的特点，是更为理想的技术路线。
燃烧方式总体趋势是：由预混燃烧向扩散燃烧发展，并呈现出两条路线并存的局面。
- 引燃方式选择
替代燃料普遍存在自燃温度高、点火能量高的特性，船舶发动机使用LNG、氢燃料需要用火花塞点燃，而使用甲醇、氨燃料既难以点燃也难以压燃，目前只能采用柴油引燃的方式，限制了减碳率。
甲醇、氨燃料的引燃技术是研究热点，由低碳引燃向零碳引燃发展是其趋势，主要包括柴油微喷可靠引燃、高能增强点火、湍流射流引燃等技术。
- 燃烧及排放控制技术
除了开展多点预混燃烧、超稀薄燃烧、异常燃烧抑制、甲烷/氧化亚氮抑制等研究外，基于不同燃料特性差异取长补短进行融合燃烧研究是新趋势。例如：氨着火困难、燃烧速度慢，氢燃烧速度快、易回火易爆震，氨氢融合燃烧可巧妙地用氢的“活性”弥补氨的“惰性”，既能实现零碳排放、又可获得较好的发动机性能。
3.数智赋能：为经济安全运行助力
不同替代燃料的燃烧特性差异显著、燃烧机理各异，燃料切换涉及易燃、易爆及毒性介质，安全风险突出。发动机管理系统通过精准的燃烧控制、燃料管理与安全保护，为发动机经济安全运行提供核心保障，数字化和智能化已成为其发展趋势。
- 控制策略
传统基于经验标定的静态控制策略已不能适应环境变化、性能退化、燃料特性波动等场景，难以满足精准燃烧与排放控制的需求：基于缸内压力或光学诊断的燃烧状态实时监测，动态调整燃料喷射策略和空燃比控制等变量，可实现全工况自适应闭环优化。
- 燃料管理
在燃料管理方面，根据负荷、转速等条件确定燃料模式及切换时机，通过监测燃烧、转速等状态，动态调节燃料占比和正时，实现平稳切换。故障诊断系统实时监测燃料供给压力、温度、泄漏浓度等参数，一旦检测到异常，触发保护性燃料切换、减载或停机，避免事故。
- 健康管理
健康管理系统通过持续监测发动机性能参数、燃料喷射参数、曲轴箱气体浓度、轴承温度等重要运行参数，结合机器学习算法预警故障、预测零部件剩余寿命，实现按需维护。
未来，发动机数智化还将由单机智能优化向产业生态协同的方向发展，通过物联网、大数据、人工智能、数字孪生等技术，实现从研发、制造到运维的全链条数据闭环，并推动产业链上下游深度协同，助力实现绿色动力转型。
4.可靠性攻坚：从可用到好用
随着替代燃料船舶发动机陆续投入商业化应用，航运业脱碳转型迈出了关键一步。然而，替代燃料普遍存在润滑性差、腐蚀性强的共性挑战，致使喷射系统可靠性成为制约商业化进程的瓶颈，发动机亟需经历从”可用”到”好用”的跨越。
以LNG喷射阀为例，历经多年合金材料、涂层优化、精密制造工艺攻关，解决了耐磨耐腐蚀及密封性难题，达到与柴油机喷油系统相当的可靠性水平，为LNG发动机商业化应用奠定了坚实基础，也为后续替代燃料系统开发提供了参照。
- 甲醇燃料
甲醇燃料具有腐蚀性、润滑性极差（仅为柴油的10%）、易挥发，导致喷射系统精密偶件磨损及气蚀风险。
- 氨燃料
氨腐蚀性强、润滑性差、渗透性强、有毒易爆，可能导致腐蚀、磨损和密封失效，一旦泄漏将危害健康和安全。
- 氢燃料
氢分子极小、高压下易穿透密封材料导致泄漏，长期接触金属材料可引发氢脆。
解决以上难题需要从材料设计、结构优化与润滑改善、精密加工与表面处理、密封强化以及可靠性验证等方面开展系统攻关，其可靠性提升是一个渐进过程。
当前甲醇喷射系统经平台试验考核、台架试验验证和小批量实船应用，逐步夯实了可靠性基础，随着实船验证和迭代优化，其可靠性将持续提升，率先逼近柴油机水平。氨、氢燃料喷射系统需在此基础上攻关密封失效、氢脆等核心难题，加速面向工程化应用的试验验证，力争在“十五五”期间实现产业化突破，打开行业新局面。
