船舶建造过程中的碳排放测算与节能减排策略优化

摘要：船舶工业作为能源消耗与碳排放集中情况较明显的行业，面临着日益合理的环境监管要求，船舶建造过程牵扯到原材料生产、加工制造、运输与安装等多个环节，各阶段碳排放的测算对精准制定减少排放策略有重要意义。然而现用的碳排放评估方法仍存在一定缺陷，亟须更为科学合理且系统的测算手段。本研究以生命周期评估（LCA）方法作支撑，剖析船舶建造过程中碳排放源头，并结合与碳足迹测算相关的模型，探求科学的碳排放估量举措，同时依照当前船舶建造行业的节能减排需求，研究优化原材料筛选、制造工艺革新、绿色能源更替等减排策略，呈献具可行性的建议，能为船舶制造企业设定低碳发展战略提供理论凭据源，为行业达成减排目标给予后盾。

关键词：船舶建造实际碳排放测算；节能减排全周期生命评定；绿色制造

伴随全球气候现象的恶化，各国纷纷谋划碳减排目标，助力产业朝着低碳、绿色方面转型，船舶制造行业身为能源消耗大户，其生产过程涉及大量钢材冶炼、焊接加工、喷涂等有着高能耗、高碳排放现象的环节，对环境引发的影响不可小觑，以往的船舶建造方式依赖大量化石能源，碳排放强度甚高，而现存的减排手段在材料、工艺和能源替代等方面依然存在诸多挑战，因此确凿估量船舶建造过程里的碳排放量，并规划科学合理的节能减排优化方案，不仅有益于缩减行业碳排的数量级，也可引领船舶制造向智能化、绿色化方向迈进。

一、船舶建造过程的碳排放来源与测算

（一）碳排放来源分析

船舶建造主要以钢材、铝合金、玻璃钢这类材料为借助，其中钢材生产形成的碳排放十分显眼，钢铁冶炼牵扯到焦炭燃烧、高炉炼铁、转炉炼钢等高耗能环节，皆会产生大量二氧化碳，除钢材外焊接用到的电极、涂装用到的油漆等辅助材料的生产过程也引发碳排放。

船舶建造所必备的多样原材料分布广泛，长途运输亦是不可忽视的碳排放源头，不管为铁路、公路，就算采用海上运输，燃油消耗都会引起碳排放的增长，造船厂建造作业有钢板切割、焊接、组装、喷涂等工序，皆存在较高的能源消耗程度，例如就如埋弧焊、气体保护焊等此类技术的碳排放量较大。

（二）碳排放测算方法

物资全生命周期评价（LCA，Life Cycle Assessment）是一种全面审视产品在整个生命周期内环境影响的科学方法，在碳排放测算实践应用广泛，该方法重点留意从原材料获取、生产制造、使用到最终废弃处置全阶段的碳排放情形，可用于识别各时间阶段的碳排放强度，为优化生产流程给予依据[1]。在船舶建造的碳排放测算里，LCA方法可协助识别各个环节碳排放热点，进而创新减碳举措，在原材料阶段衡量钢材、铝合金等材料生产过程的碳排放，囊括矿石的开采、冶炼、运输等阶段，在制造阶段分析焊接、切割、喷涂等工艺的能源消耗以及碳排放数值，算出优化不同工艺造就的减排效益。试航及交付阶段对试航过程中燃油消耗产生的碳排放进行分析，为试航优化给予数据支撑，LCA方法还可用来开展不同建造方案的对比分析，例如通过测算传统钢材跟高强度低合金钢的碳排放数值，可以判别哪种材料有低碳优势，进而于船舶设计阶段做出更环保的选定。

碳足迹（Carbon Footprint）是一种衡量产品及活动碳排放量的指标，大多以CO₂当量（tCO₂e）当作标识，该测算模型可借助输入能源消耗量、材料使用量、生产工艺数据等，结合碳排放系数，算出各阶段的碳排放量，目前国际上惯用的碳足迹测算标准有ISO 14067和GHG Protocol等，可用于规范船舶建造碳排放的评估实施办法[2]。在实际实施里，碳足迹测算模型可结合造船厂相关能源使用数据，测算焊接、喷涂、机加工等工艺阶段的碳排放，例如在开展焊接工艺阶段，计量焊机的功率及运行时间，即可近似估算出焊接环节的碳排放量，此外碳足迹测算也能运用到造船企业碳排放评估认证，为碳交易或碳税政策提供参考例证。

造船企业可借助智能监测技术，在生产产出阶段实时采集能源消耗、燃料使用量、废气排放数据，造就精准的碳排放测算模型。

二、船舶建造过程中的节能减排策略优化

（一）材料选择与优化

传统船舶制造大多借助高碳排放的钢材，而采用高强度低合金钢（HSLA）、玻璃纤维增强塑料等具体的复合材料等轻量化材料，可在维持结构强度的条件当中降低材料消耗，降低碳排放，近年来新型高性能合金材料、低碳不锈钢等在船舶建造实例中的应用日益增加，这些材料不仅可降低碳排放，还能提升耐腐蚀能力及延长使用期限。

经过精准设计和改良切割方法，可以增进钢材利用率，减少材料无谓消耗，例如以计算机辅助设计（CAD）和智能排版系统为凭借，能降低切割损耗，增大材料利用水平，以激光切割技术替代传统的等离子切割或火焰切割，不仅可把能耗的投入量降低，还可降低切割期间所产生的碳排放，在造船工作阶段产生的边角料、废钢等可做回收再利用安排，降低新物料的需求，减少原材料生产阶段的碳排放，采用资源循环模式，好比对报废船舶的钢材做再加工，用于新船只的建造，再进一步削减碳排放。

（二）制造工艺优化

制造工艺的提升可显著降低造船过程中的能耗及碳排放，提高生产产出，采用前沿制造技术，似如数字孪生、自动化焊接机器人、智能喷涂系统这般，可降低人为操作误差，加大产出效率，减少能源开支，例如自动化焊接技术不仅可增强焊接的质量，还能降低焊接过程内的电力消耗以及焊条的损耗值，借此降低碳排放[3]。以往焊接手段能耗高、碳排放多，而采用搅拌摩擦焊（FSW）、激光焊接等存低能耗因素的焊接技术，可切实降低碳排放强度，采用环保型水性的涂料或高固含量涂料替代传统溶剂型涂料，能实现有机挥发物（VOC）排放降低，降低对环境的破坏，激光切割跟精密加工技术采用结合可减少材料损耗，加大加工精度，同时降低切割所造成的能耗和碳排放。

（三）绿色能源替代方案

造船厂可采用光伏、风力等可再生能源进行发电，减少对传统电网供电的依赖，降低碳的排放，例如在造船厂屋顶装设上光伏板，可满足部分生产设备的部分用电要求，部分船舶企业开始在厂区设定的范围里布置风能发电装置，以此辅助供应生产流程的电力，进一步减少碳排放占比。采用氢能、液化天然气（LNG）等低碳能源将传统柴油、重油替换，能减少船舶制造环节当中的碳排放，例如在造船厂内采用氢燃料电池为生产设备给予电能，可实现降低二氧化碳排放效果，部分造船厂已开端尝试以电动化设备替代柴油动力设备，诸如电动吊车、电动载货车辆等，以降低燃油消耗及碳排放量。

总结：船舶建造行业正面临着全球碳中和目标形成的挑战，怎样在维系制造效率的阶段减少碳排放，已成行业可持续发展的要害，依靠精准估量碳排放，优化材料筛选、制造工艺及能源支配，可切实削减碳足迹，且可增进造船企业竞争力，低碳制造不只是政策鼓动的必然态势，更是促进行业走向转型升级的重要契机，未来随着智能制造、绿色能源技术的全面开展，船舶建造行业有概率迈向更环保、高效的发展模式，实现经济效益与环境效益的双突破，为全球航运业的绿色蜕变筑牢基石。

参考文献：

[1]周明洋.基于MS的船舶建造周期碳排放核算及碳成本研究[D].江苏科技大学，2023.DOI：10.27171/d.cnki.ghdcc.2023.000126.

[2]刘宝蔓.船舶建造碳排放核算及减排策略研究[D].江苏科技大学，2023.DOI：10.27171/d.cnki.ghdcc.2023.000070.

[3]周展鹏.船舶制造供应链碳足迹测算及优化研究[D].江苏科技大学，2023.DOI：10.27171/d.cnki.ghdcc.2023.000713.

作者信息：胡光发（1975—）男，汉族，研究方向：船舶与海洋工程；侯梅（1986—）女，汉族，研究方向：船体结构、性能、舾装；吕伟（1985—）男，汉族，研究方向：船舶与海洋工程；沈力（1987—）男，汉族，研究方向：船舶与海洋工程；章勇（1990—）男，汉族，研究方向：轮机工程。