研究发现船舶从柴油转换为氨燃料存在健康风险
当城市街区大小的集装箱船穿越海洋运送货物时，其巨大的柴油发动机会排放大量空气污染物，从而导致气候变化并对人类健康产生影响。据估计，海运占全球二氧化碳排放量的近 3%，该行业对空气质量的负面影响每年导致约 10 万人过早死亡。减少航运碳排放以减少这些有害影响是国际海事组织的目标，该组织是负责管理海上运输的联合国机构。一个潜在的解决方案是将全球船队从化石燃料转换为可持续燃料，例如氨，从生产和使用的角度来看，氨几乎是零碳的。
但在一项新的研究中，来自麻省理工学院和其他地方的跨学科研究小组警告说，除非同时采取加强排放法规的措施，否则燃烧氨作为船用燃料可能会进一步恶化空气质量并对公众健康造成毁灭性的影响。
氨燃烧会产生一氧化二氮(N 2 O)，这是一种温室气体，其效力比二氧化碳高出约 300 倍。它还会以氮氧化物 (NO 和 NO 2，简称 NO x ) 的形式排放氮，未燃烧的氨可能会逸出，最终在大气中形成细颗粒物。这些微小颗粒可能会被吸入肺部深处，导致心脏病、中风和哮喘等健康问题。
新的研究表明，根据现行法规，全球船队改用氨燃料每年可能导致多达 60 万人过早死亡。然而，如果有更严格的法规和更清洁的发动机技术，这种转变可以减少约 66,000 人过早死亡，而目前海运排放造成的过早死亡人数则要少得多，对全球变暖的影响也小得多。
“并非所有气候解决方案都是平等的。几乎总是要付出一些代价。我们必须采取更全面的方法，考虑不同气候解决方案的所有成本和收益，而不仅仅是它们的脱碳潜力，”麻省理工学院全球变化科学中心博士后、这项研究的主要作者 Anthony Wong 说。
他的合著者包括麻省理工学院数据、系统和社会研究所及地球、大气和行星科学系（EAPS）教授 Noelle Selin；前首席研究科学家、现任伦敦帝国理工学院高级讲师 Sebastian Eastham；法国奥尔良大学教授 Christine Mounaïm-Rouselle；香港科技大学研究员张逸奇；以及麻省理工学院航空航天系研究科学家 Florian Allroggen。
该项研究本周发表在《环境研究快报》上。
更绿色、更清洁的氨
传统上，氨是通过从天然气中剥离氢，然后在极高的温度下将其与氮结合而制成的。这一过程通常与大量碳足迹有关。海运业正押注于开发“绿色氨”，这种氨是利用可再生能源通过电解制氢并产生热量而生产的。
“从理论上讲，如果在船舶发动机中燃烧绿色氨，碳排放量几乎为零，”黄说。
但即便是最绿色的氨在燃烧时也会产生一氧化二氮 (N 2 O) 和氮氧化物 (NO x )，而且部分氨可能会未燃烧就逸出。这些一氧化二氮会逸出到大气中，而温室气体会在那里停留 100 多年。同时，以 NO x和氨形式排放的氮会落到地球上，破坏脆弱的生态系统。随着这些排放物被细菌消化，会产生更多的 N 2 O。
NOx和氨气也会与空气中的气体混合形成细颗粒物。细颗粒物是空气污染的主要因素，每年约有 400 万人因此丧命。
“说氨是一种‘清洁’燃料有点言过其实。仅仅因为它不含碳并不一定意味着它清洁且对公众健康有益，”黄说。
多面模型
研究人员希望描绘出全貌，捕捉全球船队改用氨燃料对环境和公共卫生的影响。为此，他们设计了各种情景，以衡量在某些技术和政策假设下污染物影响如何变化。
从技术角度来看，他们考虑了两种船用发动机。第一种燃烧纯氨，产生的未燃烧氨含量更高，但排放的氮氧化物更少。第二种发动机技术是将氨与氢混合，以改善燃烧并优化催化转化器的性能，从而控制氮氧化物和未燃烧氨污染。
他们还考虑了三种政策情景：现行法规仅在世界部分地区限制 NO x排放；在北美和西欧增加氨排放限制的情景；增加全球氨和 NO x排放限制的情景。
研究人员利用船舶轨迹模型计算出每种情景下污染物排放量的变化情况，然后将结果输入空气质量模型。空气质量模型计算船舶排放对颗粒物和臭氧污染的影响。最后，他们估算了对全球公共卫生的影响。
最大的挑战之一是缺乏真实数据，因为目前还没有氨动力船舶在海上航行。因此，研究人员依靠合作者提供的实验性氨燃烧数据来建立模型。
他说：“我们必须想出一些聪明的方法，让这些数据对技术和监管情况都有用，并具有参考价值。”
一系列结果
最后，他们发现，如果不制定新的法规，且船舶发动机燃烧纯氨，那么更换整个船队每年将导致 681,000 人过早死亡。
“虽然没有新法规的情况不太现实，但它很好地警告了人们氨气排放的危险性。与氮氧化物不同，航运产生的氨气排放目前不受监管，”黄说。
然而，即使没有新的法规，使用更清洁的发动机技术也可以将过早死亡人数减少到约 80,000 人，比目前海运排放造成的死亡人数少约 20,000 人。有了更严格的全球法规和更清洁的发动机技术，因航运空气污染而死亡的人数可以减少约 66,000 人。
“这项研究的结果表明，在开发新技术的同时制定政策非常重要，”Selin 说道。“航运中的氨气有可能对气候和空气质量都有益，但这要求制定法规以解决所有潜在影响，包括气候和空气质量。”
氨对空气质量的影响不会在全球范围内均匀分布，要完全解决这些问题，需要在截然不同的环境中采取协调一致的战略。大多数过早死亡将发生在东亚，因为该地区的空气质量法规不太严格。现有空气污染程度较高，导致氨排放形成更多颗粒物。此外，东亚的航运量远远超过地球其他地区，加剧了这些负面影响。
未来，研究人员希望继续完善他们的分析。他们希望利用这些发现作为起点，敦促海洋产业分享发动机数据，以便更好地评估空气质量和气候影响。他们还希望让政策制定者了解更新航运排放法规的重要性和紧迫性。
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