液化天然气在国际航行船舶上的应用与发展路径

【摘要】 为明晰当前液化天然气在国际航行船舶上的应用与发展路径，系统梳理国际航行船舶领域液化天然气的使用现状，解析液化天然气的分类和液化天然气的全生命周期排放特性，剖析其优势与面临的挑战。结果显示，液化天然气是目前国际航行船舶最主流的替代燃料选择，分为化石、生物、电制三大类，其全生命周期温室气体强度高度依赖上游生产过程、运输方式以及船舶发动机的技术。结论认为，液化天然气燃料路径是一条务实但存在争议的路线，生物或电制液化天然气对净零目标的作用还有赖于技术的进步，并须与绿氨、绿氢、绿甲醇等零碳燃料形成技术协同机制。

【关键词】 航运；脱碳；液化天然气；全生命周期排放

0引言

2024 年 1 月，航运业被正式纳入欧盟排放交易体系（European Union Emission Trading System，EU ETS）。2025 年 1 月实施的《欧盟海运燃料条例》（FuelEU Maritime），要求船舶逐步降低燃料的温室气体（greenhouse gas，GHG）排放强度。欧盟出台的关于船舶温室气体减排的一系列强制性法规，意味着船舶因温室气体减排而产生的额外费用，开始成为船舶运输成本的一部分。2025 年 4月，国 际 海 事 组 织（International MaritimeOrganization，IMO）海上环境保护委员会（MarineEnvironment Protection Committee，MEPC）在其第83 届会议上批准了基于全生命周期燃料温室气体强度和排放定价机制的 IMO 净零框架 ，为航运业提供了一个明确的机制，来激励行业根据 IMO温室气体战略中设定的净零目标进一步脱碳。液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）具有高热值、低含碳的属性，无论来源为化石、生物还是电制 ，短期内一系列的政策法规均在助推其使用量的增长。本文基于多方数据，梳理国际航行船舶领域LNG燃料的使用现状，厘清其分类，分析其全生命周期排放特性，剖析其优势与挑战，并提出LNG燃料应用发展路径，供相关方参考。

1 LNG 燃料的使用现状

船舶替代燃料消耗统计与分析根据 IMO 的燃油消耗数据收集机制（Data

Collection System，DCS），自 2019 年起，5 000 总吨及以上的国际航行船舶须报告每年度的燃油消耗数据，并由船旗国主管机关报送至 IMO 的船舶燃油消耗数据库。同时，IMO 会根据报送的数据编制年度报告，总结所收集的数据以及其他相关信息。

1.1.1总体消耗量与占比

根据 IMO 报告，在 2023 年度报告期，船舶使用了 2.11 亿 t 燃料（2022 年为 2.13 亿 t），与 2022年相比略有减少；所用燃料中，93.52%（2022 年为94.65%）为重燃油（Heavy Fuel Oil，HFO）、轻燃油（Light Fuel Oil，LFO）或船用重柴油/轻柴油（MDO/MGO）。其他燃料（如 LNG、甲醇、液化石油气、乙醇、乙烷、生物柴油等）占 2023 年燃料使用量的6.48%（2022 年为 5.35%）。集装箱船、散货船和液货船是燃料消耗的主力船型。

2023 年船舶报告的 LNG 的使用量大幅增加，达到 1 289 万 t，较 2022 年的 1 095 万 t 增长约17.7%，占全球船用燃料所有类型的 6.11%，是继HFO、LFO、MDO/MGO 后的第四大燃料类型，也是使用量增长最快的替代燃料，消耗量远超其他替代燃料（如甲醇 9.4 万 t、生物燃料 39 万 t、LPG24.2 万t）。这与全球温室气体减排政策逐步收紧、LNG 加注设施日益完善、LNG 价格相对适宜等因素密切相关。

1.1.2分船型统计与分析

2023 年全球船舶报告的 LNG 燃料消耗的分船型统计见表 1。从船型和吨位分布特征看，LNG运输船消耗占比近90%，主要源于其使用运输货物（LNG）作为燃料的运营特性。其他 LNG 替代燃料主力船型为集装箱船、液货船、邮船、滚装客船，分别约占非 LNG 运输船的 34.5%、15.3%、11.7%、9.6%，这些船型是 LNG 作为替代燃料的主要使用者。大型船舶（运力大于 10 000 t）在 LNG 消耗中占据主导地位。

1.2 替代燃料船舶订单统计与分析

为应对航运脱碳法规及目标，基于燃料的多元化和可用性，船舶所有人正考虑优先投资运营各类替代燃料船舶，以期在成本可控、运营灵活、技术成熟与燃料选择之间取得平衡。据挪威船级社统计，截至 2025 年 8 月，全球能够使用LNG（包括甲醇、LNG、液化石油气、氨和氢等 5 个类别）作替代燃料的船舶共有 1 397 艘，处于运行状态的有771 艘、处于订单状态的有 626 艘。不同替代燃料船舶的订单数量见表 2。由表 2 可以看出，尽管LNG 并非船舶所有人考虑的唯一燃料，但因其现有的基础设施及显著减排效果，该燃料已成为首选替代燃料。分船型看，集装箱船、汽车运输船、油船是利用 LNG 替代燃料的主力船型。其中：集装箱船保持领先，新增订单数量占比接近 60%；汽车替代燃料船舶订单统计与分析为应对航运脱碳法规及目标，基于燃料的多元化和可用性，船舶所有人正考虑优先投资运营各类替代燃料船舶，以期在成本可控、运营灵活、技术成熟与燃料选择之间取得平衡。据挪威船级社统计，截至 2025 年 8 月，全球能够使用LNG（包括甲醇、LNG、液化石油气、氨和氢等 5 个类别）作替代燃料的船舶共有 1 397 艘，处于运行状态的有771 艘、处于订单状态的有 626 艘。不同替代燃料船舶的订单数量见表 2。由表 2 可以看出，尽管LNG 并非船舶所有人考虑的唯一燃料，但因其现有的基础设施及显著减排效果，该燃料已成为首选替代燃料。分船型看，集装箱船、汽车运输船、油船是利用 LNG 替代燃料的主力船型。其中：集装箱船保持领先，新增订单数量占比接近 60%；汽车运输船订单量也增长迅速，占比达17%。如果可再生的LNG（如生物源或电制LNG）能够供应充足并以具有竞争力的价格提供，LNG 也可以成为一种长期解决方案。

 1.3 替代燃料基础设施统计与分析

在全球脱碳政策驱动下，全球替代燃料加注基础设施（包括加注船和港口等）正在加速布局。据挪威船级社统计，截至2025 年8 月，在替代燃料加注船方面，运行状态的LNG 加注船有62 艘、订单状态的有30 艘，而甲醇加注船处于以上两种状态的船舶数量分别是10 艘和5 艘，仅有1 艘氨加注船处于订单状态，尚无氢加注船；在替代燃料加注站方面，据Clarksons 研究统计，运行状态的LNG加注站有204 个，规划中的有71 个，运行状态的甲醇加注站有17 个，规划中的有22 个。可以看出，替代燃料加注的全球布局正持续完善，LNG 加注网络已成熟，甲醇基建加速布局，氨/氢仍处于从实验室到产业化的过渡阶段。船舶所有人可优先选择具备LNG/甲醇双燃料加注能力的港口航线，以平衡合规成本与运营灵活性。

此外，为实现《欧盟海运燃料条例》下的脱碳目标，欧洲各国正在积极推广使用生物LNG，例如，2025 年7 月巴塞罗那港首次完成了以船对船方式进行的生物LNG 加注供应，与槽罐车运输相比，船对船方式显著缩短了燃料装载时间。对LNG 加注基础设施投资的增加反映了LNG 燃料生产商、港口和LNG 燃料加注运营商等供给侧主体的响应。新加坡、巴塞罗那、鹿特丹和上海等港口官方统计数据显示，2024 年LNG 加注量较2023 年急剧增长，且2025 年仍然延续该态势：鹿特丹2025 年第1 季度的加注量较2024 年同期增长了7%，新加坡、上海2025 年前5 个月的加注量较2024 年同期分别增长了18%和60%以上。全球各地LNG 加注量的增长反映了LNG 燃料的市场接受度正持续提升。

2 LNG 燃料的分类

2.1 船用燃料的全生命周期

2024 年3 月，MEPC 第81 届会议（MEPC 81）通过了《2024 年船用燃料全生命周期温室气体强度导则》（《2024 LCA 导则》第MEPC.391（81）号决议）。该导则涵盖各类船用燃料及能源载体在油井到油舱、油舱到尾气、油井到尾气全链条的排放；涉及的温室气体包括二氧化碳（CO2）、甲烷和一氧化二氮；确立了支持燃料评估的10 项可持续性主题/要素；引入燃料全生命周期标签作为收集和传递全生命周期评估信息的技术工具；提供默认排放因子确定框架；允许使用经第三方验证和认证的实际排放因子。

 2.2 基于原料的分类

根据目前世界上的LNG 燃料生产、使用现状以及《2024 LCA 导则》，基于LNG 生产原料来源，可将LNG 大致分为化石LNG、生物LNG、电制 LNG 等3 类。化石LNG 原料来源包括常规天然气田（如气井气、油田伴生气）和非常规资源（页岩气、煤层气、致密砂岩气等）；生物LNG 是通过提纯沼气（去除沼气中任何CO2 和其他污染物的过程）或通过固体生物质的气化再进行甲烷化生产的，原料涵盖农作物残留物、动物粪便、城市固体废物（包括工业废物）中的有机部分、废水污泥、木质生物质等，又称为液化生物甲烷；电制LNG 是一种合成燃料，通过将电力从水分子中分离出的氢气与从工业过程、直接空气捕获或作物等生物来源捕获的CO2 结合而成，即电力转换燃料（Power-toFuel）。

生物LNG 原料来自生物质，其碳是循环的（属于生物源碳），因此这种燃料的全生命周期碳排放量远低于化石燃料。生物甲烷被液化后，就成为液化生物甲烷（Liquefied biomethane，LBM），其化学成分与化石LNG 相同。电制LNG 生产的关键在于氢气和CO2 的来源，如果氢气是通过可再生能源电解水产生的，并且CO2 是从空气（或工业排放、生物源）中直接捕获的，其全生命周期可以是碳中性的。合成甲烷被液化后，就成为液化合成甲烷，其化学成分与化石 LNG 相同。无论是化石LNG，还是生物LNG、电制LNG，它们的化学本质都是甲烷。

3 LNG 燃料的温室气体排放特性

3.1 甲烷的全球变暖潜势

LNG 的主要成分是甲烷，而甲烷是一种强效温室气体。LNG 相较于其他船用燃料，其既是燃料，也是一种温室气体源，具有特殊性。《2024 LCA导则》确定CO2、甲烷和一氧化二氮这3 种温室气体为船用燃料温室气体排放强度计算的范围。

根据政府间气候变化专门委员会第5 次评估报告，甲烷在100 年内的全球变暖潜势（Global Warming Potential，GWP）约为CO2 的30 倍，在20年内（GWP20）约为80 倍。根据国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）的产品碳足迹标准（ISO 14067）和温室气体核算标准（ISO 14064），为保持全球一致并体现长期气候影响，统一使用100 年全球变暖潜势值（GWP100）来量化温室气体效应；而在比较短期行动措施（如控制甲烷泄漏等特定场景）效果时，可使用GWP20 量化温室气体效应。因此，IMO《2024 LCA 导则》采用GWP100 计算全生命周期的船用燃料温室气体强度，取IGWTCH（100 y）＝28，以确保排放强度具有一致性和长期稳定性，同时允许为比较目的使用GWP20，取IGWT CH（20 y）＝84。

 3.2 燃料全生命周期排放分析

3.2.1 总体要求

《2024 LCA 导则》涉及与船舶推进和船上发电所用船用燃料/能源载体相关的排放评估，包括上船前排放、船端排放和全生命周期排放温室气体强度以及可持续性主题/方面。船用燃料全生命周期温室气体排放计算的系统边界跨越了燃料的全生命周期，即从其来源到生产、转化、运输、分配，并最终基于归因法在船上的使用。

3.2.2 排放核心阶段

具体到LNG 燃料，其全生命周期排放是一个复杂议题，其总温室气体强度高度依赖上游生产过程、运输方式以及最终船舶发动机的技术。它并非单一的清洁燃料，而是一个从高碳化石LNG到近零碳生物或电制LNG 的燃料家族。LNG 燃料的全生命周期排放分为3 个阶段：

（1）上船前排放，包括原料开采、处理、液化、运输和加注过程中产生的所有温室气体排放，如驱动压缩机、液化设施等所需的能源消耗。对于化石LNG，上船前排放约占全生命周期排放的15%。

（2）船上尾气排放，包括LNG 燃料在船舶发动机内燃烧产生的直接排放。LNG 的碳强度低于HFO 或MGO，约减少25%。

（3）船上甲烷逃逸是LNG 燃料路径特有的问题，贯穿于上游（泄漏）至下游的LNG 燃料全生命周期。即使使用生物或电制LNG 等碳中和燃料，甲烷泄漏和逃逸的物理现象依然存在，并会削弱其气候效益。

3.2.3 甲烷排放

在上游环节，甲烷排放可能发生在气田开采、管道运输（或LNG 运输船的货舱蒸发气体处理）、液化厂、加注作业等过程。对于化石LNG，上游甲烷泄漏绝非次要问题，其排放量约占甲烷总排放的一半。生物或电制LNG 的上游阶段甲烷排放可以极低甚至为负（例如，捕获垃圾填埋场的甲烷避

免了其直接排放，从而获得碳信用），但上游甲烷泄漏风险依然存在。在下游环节，甲烷逃逸是关键影响因素，是指未燃烧的甲烷直接通过发动机排入大气，船舶燃料舱日常蒸发以及在输送至发动机的过程中因系统泄漏、主动排气或其他方式造成的损失。不同发动机技术的甲烷逃逸率差异极大：低速二冲程高压喷射双燃料发动机逃逸率很低（约0.15%）；低速

二冲程低压喷射双燃料发动机逃逸率中等（约1.69%）；目前最主流的中速四冲程低压喷射双燃料发动机逃逸率非常高（约3.53%）；稀薄燃烧火花点火发动机逃逸率也很高（约2.63%）；蒸汽轮机逃逸率极低（约0.01%），但热效率极低，导致总燃料消耗和CO2 排放更高。

4 LNG 燃料应用发展路径

4.1 作为船用燃料的优势

4.1.1 满足现有法规要求

（1）燃烧几乎不产生硫氧化物（SOx）排放，可满足IMO 2020 全球硫限令和排放控制区的要求。

（2）在使用主流的低压喷射发动机时，无需后处理即可满足IMO Tier III 的氮氧化物（NOx）标准。

（3）相比重油，其颗粒物和黑炭排放大幅减少。

4.1.2 初步的CO2 减排（仅限于燃烧阶段）

LNG 燃料的能量密度高于其他零碳燃料选项（如氢、氨、甲醇等），使其更适合长途航行的大型远洋船舶，对船舶舱容和航程的影响相对较小。与传统的石油基燃料相比，LNG 燃烧时产生的CO2 减少约25%。这有助于船舶所有人初步应对IMO 和欧盟的温室气体监管法规，从而具备合规成本优势。

4.1.3 技术与市场的相对成熟

LNG 发动机和储罐技术已商业化，全球船队中已有相当数量的LNG 动力船。全球主要港口正在建设和运营LNG 加注设施，供应链虽不完善但正在扩张。采用LNG 双燃料发动机的船舶未来可直接使用生物或电制LNG，无须改造；发动机的模块化设计也为未来改装使用氨或氢提供了可能，保护了船舶所有人的长期资产价值。此外，船舶可以利用全球正在建设的LNG 接收站、加注船和储罐设施，从而降低初期的转换成本和技术风险。由于上述原因，LNG 目前被许多船舶所有人视为规避现有法规风险的安全投资。

4.2 面临的挑战

4.2.1 严峻的全生命周期温室气体排放问题

LNG 的供应链和发动机燃烧过程都会导致甲烷进入大气。即使使用生物或电制LNG，发动机的甲烷逃逸问题依然存在。当考虑全生命周期排放时，特别是使用GWP20 指标，目前主流的LNG船队可能比使用传统燃料的船队对气候的危害更大，严重抵消甚至完全超过了其燃烧时减少的CO2收益。

4.2.2 生物或电制LNG 的可行性与成本问题

生物或电制LNG 的潜在供应量远不能满足预计的航运需求，并且面临其他行业（如航空、重卡）的激烈竞争。化石LNG 是目前最便宜的选择，而生物或电制LNG 的成本预计是化石LNG 的7～30 倍，且其成本高度依赖于生产途径和原料，需要巨额补贴才能规模化应用，经济上不可持续。此外，生产电制LNG 是一个多步骤、能量密集型过程，电制LNG 能量效率低于其他电制燃料。

4.2.3 技术与资产搁浅风险

投资建造使用高甲烷逃逸发动机的LNG 船舶，可能使这些船舶在未来10 年面临严厉的甲烷监管而迅速贬值，成为搁浅资产，并挤占对其他零排放技术的研发投资，延迟航运业彻底脱碳。LNG动力船舶未来向氨、氢等绿色燃料转型的路径尚不明确，存在技术不确定性和改造成本风险。

4.3 发展路径

4.3.1 当前阶段（2020 年代）：化石LNG 主导根据DNV 和Clarksons 数据，LNG 是目前最主流的替代燃料选择，船舶订单量占所有替代燃料船舶的一半以上，尤其在集装箱船和汽车运输船领域渗透率最高，且其全球加注网络正在快速扩张。替代船用高硫重油和柴油，立即减少硫氧化物、氮氧化物、颗粒物和黑炭等局部污染物，满足 IMO 法规要求。

4.3.2 中期阶段（2030 年代）：生物或电制LNG混合过渡利用LNG 燃料系统的即用型特性，无须改造发动机即可使用生物或电制LNG。船舶通过掺混乃至完全使用生物或电制LNG，可大幅降低全生命周期碳排放，向IMO 2040 年减排目标迈进。但是，生物或电制LNG 的产量和成本是最大瓶颈。数据显示，即使欧盟所有潜在生物甲烷产量也无法满足航运需求，而电制LNG 则更为昂贵。

4.3.3 长期阶段（2040 年以后）：基础设施兼容与燃料多样化核心任务：实现净零排放。

路径一：继续使用100%绿色甲烷生物或电制LNG。

路径二：改造LNG 船舶和基础设施以兼容零碳燃料。双燃料发动机经过模块化改造后，可以燃烧绿氨、绿氢或绿甲醇等。此时，LNG 路径的价值演变为其提前布局的燃料储存、加注和处理基础设施，为更终极的解决方案铺平道路。

5 结 语

（1）根据IMO、DNV、Clarksons 等的数据，分析国际航行船舶领域LNG 燃料的使用现状，数据显示LNG 燃料是目前最主流的替代燃料选择。

（2）基于IMO 的船用燃料全生命周期温室气体强度导则和LNG 燃料生产及使用现状，解析LNG 燃料的分类，并根据原料将LNG 燃料大致分为化石LNG、生物LNG、电制LNG 等3 大类。

（3）根据全生命周期方法，分析LNG 燃料的温室气体排放特性，其总温室气体强度高度依赖上游生产过程、运输方式以及最终船舶发动机的技术。

（4）剖析LNG 燃料的优势与挑战，提出近期、中期、远期3 个阶段的LNG 燃料发展路径，认为LNG 燃料路径是一条务实但存在争议的路线，生物或电制LNG 对净零目标的作用还有赖于技术的进步，并须与绿氨、绿氢、绿甲醇等零碳燃料形成技术协同机制。