航运业有 一直在努力 减少碳排放 多年来，却没有什么成果。 世界上几乎所有的船队仍然使用柴油燃料，大约四分之一的新订单建造时使用液化天然气、甲醇或混合动力等低碳替代品。
该行业现在面临着加快步伐的巨大压力。 运输使用超过
3亿吨 每年产生化石燃料 温室气体排放量的 3%。 在 7 月份的一次会议上 国际海事组织作为管理该行业的联合国机构，代表们加倍努力实现碳减排目标，制定了 2050 年净零排放目标。 IMO 之前的目标是到 2050 年，与 2008 年的水平相比减少 50%。 欧盟计划 开始向托运人收取碳排放费 今年。
为了两面下注，该行业正在探索氨、电池和氢气以及其他为船舶提供动力的选择。 不过，一小部分但不断增长的分析师正在推动一种已经在海洋中耕耘的零排放技术：核推进。
如今，大约有 200 个核反应堆已经投入使用
在 160 艘船上运营，主要是海军舰艇和潜艇。 核动力船舶可以在不加油的情况下行驶数年。 它们不需要巨大的油箱，这为货物和乘客提供了更多的空间。 反应堆本身也在变得更好：第四代 小型模块化反应堆 （SMR）由包括美国在内的公司开发 泰拉能源 总部位于伦敦和意大利 纽克莱奥 与传统反应堆相比，操作应该更安全、更简单。
挪威造船公司研究与创新副总裁 Håvard Lien 表示，对于航运业来说，核能确实是唯一丰富、现实、无碳的选择
瓦德集团。 “越来越明显的是，我们需要对排放采取一些措施，”他指出。 “与此同时，我们正在寻找的替代燃料解决方案有很大的缺点，而且生产这些燃料将需要大量的绿色能源，而这些能源将需要取代岸上的煤炭和天然气，这一点越来越明显。 拥有一种可以安装在船上且不会与岸上能源竞争的能源是一个非常重要的优先事项。”
瓦尔德集团是
努普船是由挪威海事当局、大学、造船商和航运公司组成的财团，旨在开发用于船舶的第四代反应堆。 该小组已入围三项设计，并计划在 2024 年底前选出其中一项。
一艘能够运载数千个集装箱的大型商船可以由两个（或更多）30兆瓦反应堆提供动力。 该艺术家的构想并非基于任何货船的具体设计，而是旨在展示此类船只的大致规模。 反应堆将是小型模块化单元。 研究人员正在考虑三种不同类型：铅冷却快堆、铀燃料氦气冷却反应堆和熔盐冷却反应堆，如图所示 [above, at bottom]。 该反应堆将产生蒸汽来旋转涡轮机，从而产生电力来为发动机提供动力。约翰·麦克尼尔
同样在今年晚些时候，意大利造船公司
芬坎蒂尼 Newcleo 预计将完成一项可行性研究，以评估在船舶上部署 30 兆瓦反应堆的实用性。 日本航运巨头 今治造船厂以及其他十几家公司， 已投资8000万美元 在英国初创公司 核心动力 发展浮动 核电 使用 SMR 技术的工厂有一天也可以 用于船舶。
在韩国，包括航运公司和航运公司在内的九家组织
韩国原子能研究所， 计划 开发并展示 由 SMR 提供动力的大型船舶。 美国能源部委托 美国船级社 进行一项最近结束的研究，以确定 合适的反应器 并描述了核动力航运成为商业现实之前必须克服的研发挑战。
“根据美国在开发方面相当先进的参与者数量，例如 TerraPower，我粗略地猜测，在 10 年内，我们将看到第一艘配备 [next-generation] 核电，”连恩说。
为什么是核动力舰艇？
到目前为止，已经建造了四艘核动力商船，所有这些项目都是由政府主导的，主要是出于开发和测试的目的，而不是纯粹的商业目的。 第一个是美国人
NS 萨凡纳, 建于 20 世纪 50 年代末 耗资 4690 万美元（今天已达 4.95 亿美元，令人瞠目结舌）。 它于 1962 年至 1972 年间服役，但事实证明其加压轻水反应堆 (LWR) 过于复杂且昂贵，无法实现盈利。 俄罗斯货船 塞夫莫普特于 1988 年服役，是截至 2024 年初仍在运营的唯一一艘核动力商船。另外两艘船是日本的 陆奥 （1970）和德国 奥托·哈恩 （1968），两者都在使用寿命中途改装了柴油发动机。
核电在潜艇和破冰船上的应用较为成功。 第一艘核动力舰艇是攻击潜艇
美国海军 鹦鹉螺1954 年，正值 20 世纪 50 年代核电研究的鼎盛时期。 此后数百个核反应堆被用于船舶和潜艇。 俄罗斯目前运营着七艘核动力破冰船。
1962 年，西雅图港附近的 NS Savannah 号是第一艘核动力商船。 该船建于 20 世纪 50 年代末，由于成本过高而无法盈利，因此于 1971 年底停用。 贝特曼/盖蒂图片社
现在，航运业面临的巨大脱碳挑战以及新的反应堆技术正在促使人们重新评估核商船。 事实上，对于商业托运人来说，除了核能之外没有任何现实的替代品，说
扬·埃布姆斯沃格挪威科技大学海洋运营和土木工程教授。 “普通船舶上的发动机有房屋那么大，”NuProShip 的负责人 Emblemsvåg 说道。 燃料占据了很大的空间：“一艘从阿姆斯特丹到上海的集装箱船大约需要 4,000 吨燃料。”
SMR将更加紧凑和轻便。 根据 Emblemsvåg 的说法，
熔盐反应堆– 使用钍和热液态盐的混合物作为燃料和冷却剂 – 与由燃烧柴油燃料的发动机驱动的类似船舶相比，在船舶的整个生命周期中也将节省约 7000 万美元（或者更准确地说， 重质燃料油）。 核动力船舶的另一个优点是可以轻松获得源源不断的冷却水。
俄罗斯“Sevmorput”号于 1988 年投入使用，是唯一一艘到 2024 年初仍在运营的核动力货船。该船于 2023 年 12 月发生火灾，造成轻微损坏。俄罗斯当局预计该船将于 2024 年退役。 亚历山大·皮拉吉斯/阿拉米
Emblemsvåg 补充道，电池显然是不可能的。 一艘大型集装箱船每天需要约3000兆瓦时的电力，这大约是有史以来最大的电网电池的容量。 “电池解决方案在启动之前就已经没电了，”他宣称。 “船基本上也就走一天，就结束了。”
与此同时，氨的能量密度是柴油的一半，因此船舶需要的氨是柴油的两倍。 现在氨是采用能源密集型工艺生产的，目前还没有船舶能够使用它。 使用电解槽分解水分子产生氢气，生产足够的可再生、无碳氨用于运输（每年约 6 亿吨），每吨氨将消耗 12 兆瓦时。 Emblemsvåg 表示，到 2022 年，要生产 6 亿吨的电力，几乎需要整个欧盟发电能力的三倍。 “所以我们可以制造依靠氨运行的发动机，但氨不够。”
新反应堆技术如何改变航运
使核商船成为现实的第一步是建造合适的核反应堆。 对于船舶推进，工程师们使用了压水反应堆，因为与另一种轻水反应堆（沸水反应堆）相比，它们可以在给定质量下产生更高的功率。 然而，这项技术也面临着重大挑战。 它们依赖于复杂的控制系统，需要经过技术培训的操作人员，并且它们运行的固体燃料棒需要每 18 个月更换一次。 压力容器也存在爆炸的风险，无论多么轻微。
第四代中小型反应堆避免了这一切。 Emblemsvåg 和 NuProShip 团队在分析了国际原子能机构报告中的 93 个概念后，选择了三种反应堆设计
SMR手册。 其中之一是钍燃料熔盐反应堆。 第二种是铅冷式 快堆，用熔铅代替传统反应堆的水冷却剂。 第三种选择可能最接近市场，是氦气冷却反应堆，它使用一种称为三结构各向同性 (TRISO) 的燃料，由包裹在超韧碳化物和碳层中的铀颗粒组成，可以承受 2000°C 以上的温度。
熔盐反应堆 [top] 其燃料通常由熔盐和可裂变材料的混合物来冷却，例如浓缩铀、钍，甚至来自核废料的超铀同位素的混合物。 一种设计，来自 Core Power [above]总部位于英国的反应堆将在约 400°C 的温度下使用铀和氯化物盐。反应堆占地 4 x 7 米，可提供高达 100 MW 的热能。
泰拉能源
Emblemsvåg 指出，所有三种类型的反应堆都在低压下运行，极不可能发生爆炸。 此外，在他看来，崩溃的可能性很小，因此无关紧要。 例如，TRISO 燃料的熔化温度非常高，任何现实情况都不会导致燃料熔化。
据其支持者称，对于其他类型的反应堆，熔融燃料或冷却剂会在事故酿成灾难之前凝固。
朱利奥·热纳罗Core Power 的技术总监将公司与 TerraPower 共同开发的熔氯化盐反应堆比作一个小火锅而不是高压锅： 你可能会烧伤你的手指。 但如果锅破裂了，炉子上就会漏水，熔化的焦糖很快就会凝固。” 因此，在反应堆发生故障时，污染物不会远离反应堆，而压力容器爆炸则可能将裂变材料溅射到数公里之外。
铅冷却反应堆也有类似的优点：液态铅与冷水接触后会冷却并凝固，包围反应堆堆芯并防止核材料释放到环境中。
安德里亚·巴本西，Newcleo 的工程总监。 该公司于 2021 年启动，设计了一种铅冷反应堆，旨在通过回收传统反应堆的副产品来生产自己的燃料，“为核废料提供循环解决方案，”他说。
Newcleo 正在与政府和行业合作伙伴合作开发一种工业用小型反应堆原型，该原型应该在未来 10 年内准备就绪。 与芬坎蒂尼集团的可行性研究将指导两家公司如何开发海洋用途技术。 “小型模块化反应堆是一项相对较新的技术，但我们看到世界各地政府和行业的兴趣非常有前途，”巴本西说。
可以肯定的是，许多造船商仍然对核动力船舶持怀疑态度。 去年7月，美国船级社和
赫伯特工程公司。 发布了一项研究结果，解决了造船商对核反应堆的担忧。 “有很多问题，”说 帕特里克·瑞安，ABS高级副总裁兼首席技术官。 “反应堆会吃掉我所有的货舱吗？ 是如何安排的？ 船员去哪里？ 有哪些特殊培训要求？ 我如何插入这项技术？ 我该如何加油？ 它会改变我的行驶速度吗？ 我们需要开始对话。”
研究表明，在最大的集装箱船上安装两个 30 兆瓦铅冷反应堆将提高货运能力和速度，并消除其整个 25 年寿命期间的加油需求。 瑞安表示，如果业界有足够的兴趣，ABS 将确定最有前途的反应堆设计并评估风险和安全性。
超过 80 种 SMR 设计 正在世界各地开发， 最大的 分享在美国。 然而，该国的造船业规模很小。 全球造船业大部分发生在韩国、日本和中国。 因此，尽管美国对此感到非常兴奋 陆地的 使用中小型反应堆取代燃煤发电厂，瑞安表示，“有关核动力商业航运的讨论主要来自国外。”
然而，Core Power 的 Gennaro 表示，在小型模块化反应堆能够上船之前，必须先在陆地上进行验证，而两党对美国新建核电站的支持正在帮助推动这一进程。 Core Power 和 TerraPower 正在利用美国能源部提供的 1.7 亿美元资金建造一座熔融氯化物工厂
台式试验反应堆 将产生高达 500 千瓦的电力 爱达荷国家实验室; 该反应堆可能于 2025 年开始试验。之后，两家公司计划在 2030 年代初期建造一座更大的反应堆，用于海上演示。
建造核动力舰队面临的挑战令人警醒
即使在核动力船舶推进的支持者中，也不是所有人都同意在船上安装反应堆是最好的解决办法。 他们认为，从短期来看，使用核电作为电力来源来生产替代低碳燃料更有意义。 “如果你使用
核电电解 海水来制造氢气，然后使用氢气作为原料来制造氨或甲醇，燃料生产的碳足迹实际上为零，”瑞安说。
“在船舶上安装反应堆有很多复杂的因素，而核能生产燃料则没有，”他补充道。 即使熔氯化物反应堆设法避免了早期货船上使用的压水反应堆的技术问题——可靠性参差不齐、运营成本极高以及与放射性废物和退役相关的挑战——你仍然会遇到与公众相关的问题。对核电的看法以及一些港口可能拒绝欢迎核船舶。
根纳罗坚信，先进的中小型反应堆的优势将是决定性的。 “存在技术风险，但就熔盐快堆而言，每个人都同意不存在任何阻碍，”他坚称。 他补充说，用于海上部署的中小型反应堆将在工厂建造并在造船厂组装，从而加快建设速度并降低成本。 相比之下，陆基核电站是在现场建造的，通常远远超出其预算和时间表。 成本在 NuScale Power Corp. 的计划中也发挥了重要作用
结束其尝试 在爱达荷州建造第一座 SMR 工厂，该工厂将使用六座反应堆发电 462 兆瓦。
根纳罗承认，核反应堆不安全的看法将是一个问题，但他认为这是一个可以克服的挑战。 瑞安指出，传统化石燃料也存在风险，这就是澳大利亚统计局制定如何安全使用这些燃料的规则和指南的原因。 监管机构同样必须为新的推进方法制定规则。 他说，例如，氨的毒性非常大，因此燃料泄漏所引起的关注程度与化石燃料不同。 美国商船的核反应堆不仅要受到ABS的监督，还需要获得美国的许可
核管理委员会。
与陆上核能利用不同，海上利用确实带来了挑战，即在移动的船只上安装反应堆，在遇到波浪时会发生俯仰、横滚、偏航和突然减速。 Vard 的 Lien 表示，NuProShip 的任务之一是评估每种反应堆技术的运动承受能力。
该项目希望在 2030 年左右拥有 SMR 原型进行测试。Vard 计划首先在新船上测试 SMR，但这预计不会发生
最早于 2035 年。 Lien 表示，如果进展顺利，现有船舶可以通过用 SMR 替换柴油发动机来进行改造。 他说，该公司建造的远洋船舶——铺设电信电缆的船舶、维修船和渔船——是核推进的理想选择。 “它们需要大量电力才能运行，并且必须一次在海上呆上几个月。 如果他们不必中断运营并前往港口加油，这将是一个很大的优势。”
其他类型的船舶也可能接受核处理。 尽管没有人期望看到核动力游轮，但即使他们也可能间接受益。 挪威造船商
乌尔斯坦 有 设计了一艘核容器 带有熔盐反应堆，可以想象，它可以作为未来小型电池供电游轮船队的移动充电站。
当航运业考虑核推进时，中小型反应堆已经开始接受海上审查。 俄罗斯、中国和韩国现在正在研究浮动核电站，主要是
水冷式SMR 将安装在驳船上或浸入靠近海岸的水下。 俄罗斯已经有了一个 罗蒙诺索夫院士自 2020 年以来一直在该国远东地区运营，生产电力和区域供热。
Emblemsvåg 表示，未来核动力船舶面临的一个潜在障碍是核监管分散的问题。 穿越国际边境的商船在不同港口将面临不同的规定。 例如，目前在美国批准的反应堆不会自动批准在法国使用。 “好消息是七国集团国家与一些欧盟国家以及国际能源署正在努力协调规则，”他说。
与此同时，Core Power 正在努力协调利益相关者的支持，包括 SMR 制造商、造船商和监管机构。 根纳罗说，除了选择适合海洋环境的核技术外，该公司还在游说为这些技术创造一个市场。 它帮助组织了国际原子能机构关于
浮动核电站 去年 11 月，核能和海事监管机构、法律和政策专家以及行业领袖齐聚一堂。
“这不仅与技术有关，而且与技术有关。 这关系到整个生态系统，”他补充道。 “如果我有一项可供使用的技术，但监管框架、市场、融资可能性和商业模式不存在，那么上市时间（对于核技术来说已经不是很短）就会被延长。 我们的目标是确保一旦技术准备就绪， [ecosystem] 也已准备好部署。”
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