全球航运业正处在一场深刻的绿色变革之中，日益收紧的环保法规是驱动这场变革的 核心力量。在此背景下，液化天然气（LNG）凭借其在硫氧化物（SOx）、氮氧化物 （NOx）减排方面的卓越表现，以及相较于传统燃油更低的碳排放强度，已成为当前市 场中应用最广泛的替代燃料。LNG 能够取得如今的市场地位，与过去十余年间一系列 关键性国际与区域性政策的引导和强制要求密不可分。
IMO 2020 全球限硫令
2020 年 1 月 1 日，IMO 2020 全球限硫令正式生效。该法规规定，在全球非排放控制 区（ECA）航行的船舶，其燃油硫含量上限从之前的 3.50% m/m 骤降至 0.50% m/m。而 在已经设立的硫排放控制区（SECA），如波罗的海、北海、北美沿岸及美国加勒比海 等区域，则需遵守更为严苛的 0.10% m/m 上限。 面对这一规定，船东主要有三种合规选择：一是使用合规燃油，即转向价格高昂的极 低硫燃油（VLSFO）或船用轻柴油（MGO）；二是安装脱硫塔，继续使用高硫燃油 （HSFO），但需安装资本投入巨大的废气洗涤系统；三是使用替代燃料，如转向 LNG 等本身硫含量极低的燃料。 天然气在液化过程中几乎去除了所有硫分，因此 LNG 动力船舶能够直接满足 0.10%限 硫标准，无需进行复杂的燃料切换或依赖额外的后处理设备。相比之下，脱硫塔不仅 初始投资高，还面临着洗涤水排放日益严格的监管审查，其长期合规性存在不确定性。 因此，限硫令成为了 LNG 作为船用燃料商业化应用的强大政策驱动力之一。
IMO Tier III 氮氧化物标准
《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）附则 VI 是航运业的基石性国际法规，它 的第 13 条规定了对船舶发动机氮氧化物排放的分级控制。其中，最严格的 Tier III 标准 要求，对于 2016 年 1 月 1 日及以后建造的、在指定的氮氧化物排放控制区（NECA） 内航行的船舶，其氮氧化物排放量需比 Tier I 标准降低约 80%。目前，NECA 的地理范 围已覆盖北美、美国加勒比海、波罗的海和北海等欧洲和北美的主要贸易航线。 要达到 Tier III 标准，传统柴油发动机必须加装复杂的后处理系统，主要包括选择性催 化还原（SCR）系统或废气再循环（EGR）系统。SCR 系统需要持续消耗尿素溶液，增 加了运营成本和船上存储的复杂性；EGR 系统则可能影响发动机效率并需要精密的控 制和维护。 LNG 发动机技术在满足氮氧化物减排方面展现出显著优势。特别是采用稀薄燃烧奥托 循环（Lean-Burn Otto cycle）的低压双燃料发动机，通过预混合燃气与大量空气以降低燃烧室峰值温度，能从源头上抑制氮氧化物的生成。这一内在特性使其无需安装 SCR 或 EGR 等废气后处理系统，即可直接满足 IMO Tier III 的排放限值。目前，该技术 路线已由 WinGD（X-DF 系列）和 MAN Energy Solutions（ME-GA 系列）等主流制造 商实现商业化和批量生产，成为新建 LNG 动力船舶满足 Tier III 标准的首选技术方案。 因此，对于主要航线位于 ECA 区域内的船东而言，减少硫氧化物和氮氧化物的法规叠 加在一起，为选择 LNG 动力提供了极具说服力的商业案例。船东可以通过选择 LNG 动 力船舶，一劳永逸地解决两种污染气体的合规难题，这使得 LNG 在当时被视为一种理 想的长期解决方案。 然而，这种技术优势也埋下了隐患。低压双燃料发动机赖以实现低氮氧化物排放的稀 薄燃烧技术，其内在特性导致了燃烧不充分，成为甲烷逃逸（Methane Slip）的主要根 源。随着全球海事监管的重心从传统污染物转向温室气体减排，甲烷作为一种短期温 室效应远超二氧化碳的气体，其逃逸问题成为 LNG 燃料的致命缺陷。IMO 2023 温室 气体减排战略的发布和欧盟碳排放交易体系（EU ETS）对航运业的纳入，均已明确将 甲烷列为重点管控对象。
LNG 在航运业绿色转型的过程中是最受关注的替代燃料之一，它在应对传统空气污染 物方面展现出显著的优势，并为船东提供了符合当前法规的、技术成熟且具备经济性 的解决方案。然而，其核心成分甲烷的温室效应及在全生命周期内的排放问题，尤其 是发动机的“甲烷逃逸”，使其长期可持续性饱受质疑。
污染气体减排优势
LNG 的主要成分为甲烷（CH4），其分子结构中不含硫元素。这意味着采用 LNG 作为 燃料，能够从源头上消除硫氧化物的排放，减排幅度接近 100%。这一特性使船舶无需 安装昂贵且占用空间的废气洗涤塔，也无需依赖价格更高的极低硫燃油，即可直接满 足国际海事组织（IMO）2020 年全球 0.5%的硫含量上限，以及在排放控制区（ECAs） 内更为严格的 0.1%硫含量标准。此外，LNG 的燃烧过程产生的颗粒物也极少，相较于 传统重质燃料油，PM 减排量可达 95%以上，这对于改善港口城市和沿海地区的空气质 量具有重要意义。 在控制氮氧化物方面，LNG 同样表现出色。现代低压双燃料发动机采用稀薄燃烧的奥 托循环模式，能够在不依赖 SCR 等后处理系统的情况下，满足 IMO Tier III 这一最严格 的氮氧化物排放标准，减排幅度高达 90%。对于需要在北美、北海等排放控制区运营的 船舶而言，这不仅简化了船舶设计和操作，也显著降低了设备投资和运营维护成本。
船上燃烧阶段二氧化碳减排优势
除了在传统污染物控制上的卓越表现，LNG 在直接减少二氧化碳排放方面也具备天然 的化学优势。相较于石油基燃料，甲烷分子拥有更高的氢碳比，这意味着在燃烧并释 放相同单位能量时，其产生的二氧化碳更少。 具体而言，根据 IMO 关于船舶能效设计指数（Energy Efficiency Design Index, EEDI）的 计算方法决议，LNG 的碳转换因子相较于传统燃料低 10-15%，这意味着在“从油箱到航 迹”（Tank-to-Wake, TtW）的燃烧阶段，使用 LNG 作为燃料可将二氧化碳排放量有效 地降低。
此外，IMO 推出的碳强度指标（CII）评级体系，对船舶的年度运营碳强度进行评级。 由于 LNG 在 TtW 阶段的二氧化碳排放较低，采用 LNG 的船舶在获得更有利的 CII 评级方面具有先天优势，这直接关系到船舶的商业营运能力和租金水平，评级不佳的船舶 可能面临市场惩罚。然而，这些法规主要聚焦于二氧化碳的排放，而未将甲烷等非二 氧化碳温室气体在其全球变暖潜能值的基础上进行全面核算。
技术成熟度与基础设施适配优势
替代燃料能否成为主流，有赖于其技术方案的可靠性与燃料加注网络的覆盖度。LNG 在这两方面均已达到商业化应用的成熟阶段。 发动机技术方面，LNG 双燃料发动机已是经过市场长期验证的成熟技术，全球主流船 用发动机制造商，如 MAN Energy Solutions 和瓦锡兰（Wärtsilä），均能提供覆盖不同 船型和功率需求的、稳定可靠的产品系列。这些发动机拥有大量的在航实船应用记录， 其操作和维护已形成标准化流程。 加注基础设施方面，全球 LNG 加注网络正在以前所未有的速度扩张，有效缓解了业界 对燃料可得性的担忧。截至 2023 年底，全球提供 LNG 加注服务的港口已达 188 个， 另有 82 个港口正在建设或规划中。LNG 加注船的船队规模也在同步增长，已有 62 艘 投入运营，且有更多订单正在建造中，确保了主要贸易航线上的燃料供应。
甲烷排放劣势
甲烷（CH4）是一种强效温室气体。为了量化和比较不同温室气体的气候影响，科学界 引入了全球变暖潜能值（GWP）这一指标，它衡量的是在特定时间尺度内，单位质量的某种气体相对于二氧化碳的吸热能力。 时间尺度的选择对于评估甲烷的影响至关重要。在传统的 100 年时间尺度（GWP100） 下，甲烷的增温效应远超二氧化碳。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次 评估报告（AR6），源自化石燃料的甲烷 GWP100值为 29.8。然而，甲烷在大气中的存 续时间相对较短，约为 12 年。因此，在更短的 20 年时间尺度（GWP20）内，其短期增 温效应极为剧烈。IPCC AR6 报告给出的 GWP20值高达 82.5。采用 GWP100，侧重于长期 的气候稳定，这使得 LNG 的总体温室效应评估相对有利。而采用 GWP20，则优先考虑 短期影响，这会使 LNG 的气候影响显得尤为严重。
全生命周期评估框架下的排放劣势
在 IMO 2023 温室气体减排战略的新监管框架中，一个关键要素是向“从油井到尾迹” （Well-to-Wake, WtW）的全生命周期排放评估方法转变。这意味着替代燃料不仅需实 现船上燃烧（TtW）近零排放，更必须在燃料生产（“从油井到油箱”，Well-to-Tank） 环节同步完成绿色制取与低碳物流。 全生命周期排放评估方法是 IMO 2023 战略评估燃料气候影响的新标准，它核算了从能 源开采、加工、运输，直到在船上最终燃烧的全过程温室气体排放。这包括了上游供 应链中的甲烷泄漏，以及下游燃烧阶段的二氧化碳和未燃甲烷排放。
在 LNG 的 WtW 评估上，不同的情景假设下会得出了截然相反的结论。由 SEA-LNG 的 研究显示，在 GWP100的框架下，使用 LNG 相较于 VLSFO 可实现最高 23%的全生命周 期温室气体减排。然而，ICCT 的分析指出，对于市场上最常见的低压双燃料四冲程 （LPDF 4-stroke）发动机，使用 LNG 的全生命周期温室气体排放在 GWP20尺度下，甚 至比 MGO 高出 70%以上。世界银行同样得出结论，鉴于对甲烷排放的担忧，LNG 不太 可能在航运脱碳中扮演重要角色，并明确警告了相关投资面临的“搁浅资产”风险。 现有评估结论的差异，引发了业界对于 LNG 作为船舶替代燃料可行性的争论。但需要 注意的是，LNG 的综合气候影响并非一个静态数值，其评估结果主要取决于三个关键 变量的动态变化：上游天然气的生产路径、船载发动机技术以及甲烷 GWP 的评估时间尺度。
在诸多船舶替代燃料中，LNG 是目前市场应用最成熟的燃料之一。本章旨在全面剖析 LNG 在当前全球船舶市场的应用现状，通过对其发动机技术、船队规模与市场份额等 多个方面对 LNG 在船舶市场的发展现状与前景进行系统性分析。
发动机技术
船载发动机技术是决定 LNG 作为船舶替代燃料可行性的关键要素，不同发动机燃烧技 术路线的甲烷逃逸现象程度不一。目前主流的技术路线是低压双燃料（LPDF）发动机 和高压双燃料（HPDF）发动机。 低压双燃料发动机采用奥托循环，核心特征是进行火花点火，在进气冲程中将天然气 与空气预混合后点燃。由于混合气在气缸壁面、活塞环缝隙等低温区域无法完全燃烧， 导致较高的甲烷逃逸。LPDF 发动机因其较低的初始投资和结构相对简单，占据了 LNG 动力船市场的主导地位，70%以上的 LNG 动力船采用此技术。 高压双燃料发动机采用柴油循环，核心特征是进行压缩点火，在压缩冲程末端将高压 天然气直接喷入气缸。这种燃烧方式更接近柴油机，燃烧效率高，甲烷逃逸率极低。 然而，HPDF 系统更为复杂，造价更高，在市场上的份额相对较小。
甲烷逃逸问题一直是 LNG 作为清洁燃料面临的主要挑战，主要发动机制造商通过持续 的技术创新积极应对该问题。例如，2025 年瓦锡兰为 25DF 发动机最新推出的 NextDF 技术便可实现超低甲烷排放量。该技术通过集成基于缸内压力传感器的实时数据闭环 燃烧控制系统，并对气门正时、压缩比和喷油器等关键硬件进行重新设计，实现了对 燃烧过程的精确调控。根据瓦锡兰官网，NextDF 技术能将所有负荷点的甲烷排放量减 少到燃料使用量的 2%以下。
船队规模与市场份额
得益于其成熟的技术和相对完善的基础设施，LNG 动力船队的规模在近年来呈现高速 增长，其在诸多替代燃料新船订单中呈现主导地位。
基于当前手持订单情况，市场普遍预测 LNG 动力船队的扩张势头将持续。预计到 2030 年，全球 LNG 动力船队规模将在现有基础上再次翻倍，总数将超过 1200 艘。这一强 劲的增长预期，反映了船东对 LNG 作为未来十年乃至更长时间内主流替代燃料的坚定 信心。 LNG 作为替代燃料的推广并非均衡地分布在所有船型中，其应用主要集中在对环境效 益、运营经济性和航线固定性有较高要求的特定领域，其中集装箱船和汽车运输船领 域尤为突出。 数据显示，集装箱船和汽车运输船是推动 LNG 燃料应用的核心力量，这两个领域在 2024 年合计贡献了所有替代燃料订单的 62%。特别是在集装箱船领域，替代燃料的应 用已成为主流趋势。2024 年，该领域 69%的新船订单为可使用替代燃料的船舶，而在 这些订单中，LNG 以 67%的比例成为首选燃料。
全球第三大集装箱班轮公司法国达飞集团（CMA CGM）是 LNG 燃料应用的坚定推动 者。达飞集团将 LNG 视作重要的转型过渡燃料，2025 年上半年斥巨资订下 22 艘 1.8– 2.2 万 TEU 级 LNG 双燃料集装箱船，并规划到 2029 年将双燃料船队扩大到至少 162 艘 且绝大多数为 LNG 动力。另外，这些新船全部按“e-methane ready”标准设计，可低成 本地从化石 LNG 过渡到使用碳强度更低的生物甲烷（Bio-LNG），并最终在供应成熟 时使用零碳的合成甲烷。为保障燃料链闭环，CMA 又联手 ENGIE 开发合成甲烷项目， 并入股美国 Vanguard Renewables 锁定生物甲烷货源，用资本、船队、技术和供应链 的前瞻布局一次性兑现其对 LNG 脱碳路径的长期承诺。 达飞集团的战略选择，其深层逻辑在于对“甲烷分子”本身进行投资，而非仅仅选择一种 燃料。通过构建“e-methane ready” LNG 动力船队，达飞实质上是投资了一批对甲烷来 源不敏感的硬件资产。在当前，利用成本相对低廉的化石 LNG，可以立即实现减排并 满足现行法规要求。在未来，当生物甲烷和合成甲烷的生产规模扩大、成本下降时， 这支船队无需进行昂贵的改造或订造新船，即可直接切换使用这些可再生燃料。如此 可以最大限度地降低了资产搁浅的风险，为公司在充满不确定性的能源转型中提供了 极大的灵活性。
船舶替代燃料的竞争格局
在航运业寻求脱碳的道路上，LNG、甲醇和氨被视作最有潜力的三种替代燃料。然而， 三者在技术成熟度、基础设施完备性和经济性方面存在显著差异，构成了当前替代燃料市场的主要竞争格局。 凭借多年的发展，LNG 已成为当前应用最广泛、技术最成熟的替代燃料。相较于甲醇 和氨，LNG 拥有更高的单位质量能量密度，且其全球加注网络正以前所未有的速度扩 张，使其成为目前最具商业可行性的选择。 甲醇作为一种常温常压下的液体燃料，在船上储存和处理方面具有一定优势，其订单 量在 2024 年达到了 166 艘。然而，甲醇燃料面临的核心瓶颈在于绿色甲醇的供应。目 前全球生产的甲醇绝大部分是来自于天然气或煤炭的灰甲醇，其全生命周期温室气体 排放甚至高于传统燃油。而通过生物质或可再生电力生产的绿甲醇产量极为有限，价 格高昂，供应的严重不足是制约其大规模应用的主要障碍。 氨作为一种无碳燃料，理论上具有实现零碳排放的巨大潜力。但目前，氨燃料技术仍 处于非常早期的研发阶段。其作为燃料存在燃烧速度慢、易产生强效温室气体一氧化 二氮的问题，同时氨本身具有高毒性和腐蚀性，对发动机技术、船上储存系统和船员 操作都提出了极高的安全要求。此外，氨燃料的加注基础设施在全球范围内基本处于 空白状态，是三种燃料中成熟度最低的选项。
从当前市场格局来看，LNG 凭借其技术成熟度、相对完善的基础设施及商业化应用的 经济性，在替代燃料的竞争中占据了显著的领先地位。然而，其化石燃料的属性与甲烷逃逸问题，使其在全生命周期的减排效益上面临争议，限制了其作为最彻底脱碳解 决方案的潜力。与之对比，绿色甲醇与绿色氨理论上提供了全周期净零排放的最佳路 径，但现阶段二者在规模化供应、生产成本和基础设施配套方面存在重大瓶颈，短期 内的商业可行性严重受限。 因此可以预测，在中短期内，船东在平衡合规压力与经济成本时，将优先选择 LNG 作 为最具可行性的过渡性解决方案。长期来看，随着绿色燃料供应链的成熟和应用成本 的显著下降，行业的最终脱碳路径或将逐步向绿色甲醇与绿色氨等零碳燃料演进。
其他商业运输领域的应用
在公路货运领域，特别是长途重型卡车运输中，LNG 已是一种成熟且不断增长的替代 燃料。根据 GIA 的数据，全球 LNG 卡车市场在 2024 年的估值约为 252 亿美元，并预 计到 2030 年将以 8.5%的年复合增长率持续增长至 411 亿美元。市场的主体是 8 级重型 卡车，约占 80%的市场份额。在这一领域，LNG 相对于柴油的续航里程和燃料成本优 势最为显著，使其成为物流公司降低运营成本和满足排放法规的理想选择。 与在公路运输的成功形成鲜明对比，LNG 在航空领域的应用仍基本停留在理论和实验 阶段。尽管 LNG 的单位质量能量密度比航空煤油高约 15%，但其极低的单位体积能量 密度成为了几乎无法克服的障碍。要储存相同能量的 LNG，需要比煤油大近一倍的燃 料箱体积。在对空间和重量极为敏感的飞机设计中，这意味着需要复杂笨重的低温燃 料箱，这将严重侵占有效载荷和客舱空间，并对飞机的空气动力学性能和结构完整性 构成巨大挑战。因此，LNG 目前在航空业不具备任何规模化应用的优势。 LNG 在公路运输领域的成功，与航运业形成了积极的协同效应。一个完善的 LNG 卡车 市场推动了更广泛的中小型液化工厂和区域性仓储设施网络的投资建设。这使得 LNG 的供应链超越了传统的大型出口终端，变得更加多元化且富有韧性，从而带来更具竞 争力的燃料价格。 LNG 在航空领域的失效，则从另一个角度凸显了 LNG 能在航运业取得成功。飞机对体 积和重量的惩罚极为苛刻，而船舶在设计上则拥有远超飞机的灵活性和空间冗余，能 够容纳 LNG 所需的大型低温储罐，而不会对其核心功能造成过多影响。在船舶上寻找 空间是一个工程优化问题，而在飞机上，这却涉及到空气动力学和结构安全的根本性 难题。这种对比清晰地表明，LNG 的物理特性与海运船舶的规模和设计参数具有独特 的契合度。
合规成本计量
IMO 在其海洋环境保护委员会第 83 届会议（MEPC 83）上批准的全新温室气体燃料强 度（GHG Fuel Intensity, GFI）标准。该标准将自 2028 年 1 月 1 日起生效，这不仅是一 项技术法规，更是一个结合了目标导向型燃料标准与市场化定价机制的综合性框架， 在该框架下，燃料的全生命周期碳强度将直接转化为一项逐年递增的财务负债。
GFI 合规机制为每艘船舶设定了两个年度目标阈值：基础目标（Base Target）和直接目 标（Direct Target），该机制依据这两个阈值设立了两级罚款体系。 当一艘船舶的年度实际 GFI 值介于基础目标和直接目标之间时，即产生一级赤字（Tier 1）。船东必须为此赤字购买一级补救单位（Remedial Units, RU），固定价格为每吨二 氧化碳当量 100 美元。当船舶的年度实际 GFI 值超过了基础目标时，将同时产生一级 和二级赤字（Tier 2）。超出基础目标的部分被视为二级赤字，必须购买二级补救单位 来弥补，其价格上升至每吨二氧化碳当量 380 美元。 根据 IMO 的指导方针，GFI 核算的温室气体包括二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。为了 统一衡量，甲烷和一氧化二氮将根据其 GWP100换算为二氧化碳当量（CO2eq）。
小结
在当前航运业能源转型的关键时期，LNG 凭借在技术、商业和基础设施方面的综合优 势，确立了其主流替代燃料的领先地位。尽管围绕低压双燃料发动机的甲烷逃逸问题 存在争议，但行业并未停滞不前。以高压直喷柴油循环发动机为代表的先进技术正通 过持续创新，高效地解决了这一核心痛点，显著提升了 LNG 在全生命周期内的环保效 益。LNG 动力船队规模的快速增长、在新船订单中的绝对主导地位，以及如达飞集团 等行业巨头对“e-methane ready”船队的前瞻性战略投资，共同表明市场已将 LNG 视为 一个可平滑过渡至生物甲烷及合成甲烷的长期战略平台。 展望未来，LNG 的竞争优势将在日益收紧的全球环保法规下得到进一步强化。相较于 绿色甲醇和绿色氨因供应链、成本及技术安全等瓶颈而短期内难以规模化应用，LNG 提供了唯一兼具可扩展性与经济性的即时解决方案。尤其重要的是，原计划于 2028 年 生效的 IMO GFI 法规将燃料的全生命周期碳强度直接与运营成本挂钩。我们的分析表 明，在该框架下，LNG 动力船舶，特别是采用低甲烷逃逸技术的船舶，将比传统燃油 船享有显著的合规成本优势。这种由法规驱动的经济激励，叠加其已有的技术与市场 基础，共同构筑了 LNG 坚实的护城河。 值得一提的是，2025 年 10 月 17 日 IMO 海洋环境保护委员会（MEPC）决定推迟一年 对“净零框架”关键措施的投票，为全球航运业的长期脱碳路径增添了新的不确定性。这 一决定短期内或将减缓向绿色甲醇、绿色氨等零碳燃料直接转型的政策压力，从而延 长 LNG 作为过渡燃料的窗口期。政策的短期不明朗更加凸显了 LNG 作为技术最成熟、 基础设施最完善的替代燃料所具备的“即时可用”的灵活性价值。
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