當城市街區大小的貨櫃船穿越海洋運送貨物時，其巨大的柴油引擎會排放大量空氣污染物，導致氣候變遷並對人類健康產生影響。據估計，海運佔全球二氧化碳排放量的近3%，該產業對空氣品質的負面影響每年導致約10萬人過早死亡。

國際海事組織是負責監管海上運輸的聯合國機構，其目標是透過航運脫碳來減少這些有害影響。一個潛在的解決方案是將全球機隊從化石燃料永續燃料，例如氨，考慮到其生產和使用，它可能幾乎是無碳的。

但在一項新的研究中，來自麻省理工學院和其他地方的跨學科研究小組警告稱，燃燒氨作為船用燃料可能會進一步惡化空氣質量，並導致毀滅性的公共健康影響，除非與加強的排放法規一起採用。

氨燃燒產生笑氣（N₂O），一種溫室氣體，其效力比二氧化碳強約 300 倍。它也以氮氧化物（NO 和 NO₂，簡稱為NO_x），未燃燒的氨可能會逸出，最終在大氣中形成細懸浮微粒。這些微小顆粒可以被吸入肺部深處，導致心臟病、中風和氣喘等健康問題。

新研究表明，根據現行立法，全球船隊改用氨燃料可能會導致多達約 60 萬過早死亡每年。然而，憑藉更嚴格的法規和更清潔的引擎技術，這一轉變可能會比目前海運排放造成的過早死亡人數減少約 66,000 人，而且對全球暖化的影響也小得多。

「並非所有氣候解決方案都是平等的。幾乎總是要付出一些代價。我們必須採取更全面的方法，考慮不同氣候解決方案的所有成本和收益，而不僅僅是它們的脫碳潛力，」安東尼·黃說，麻省理工學院全球變遷科學中心的博士後，也是研究的主要作者。

他的合著者包括麻省理工學院數據、系統和社會研究所以及地球、大氣和行星科學系 (EAPS) 教授 Noelle Selin；Sebastian Eastham，前首席研究科學家，現任倫敦帝國學院高級講師；Christine Mounaam-Rouselle，法國奧爾良大學教授；張益奇，香港科技大學研究員；奧羅根 (Florian Allroggen)，麻省理工學院航空航天系的研究科學家。

該研究是發表本週在環境研究快報。

更綠色、更乾淨的氨

傳統上，氨是透過從天然氣中提取氫氣，然後在極高的溫度下將其與氮氣結合來製造的。這個過程通常與大量的碳足跡有關。海運業正押注於「綠色氨」的開發，這種氨是透過使用再生能源透過電解製造氫氣並產生熱量來生產的。

「理論上，如果你在船舶引擎中燃燒綠色氨，碳排放幾乎為零，」黃說。

但即使是最環保的氨也會產生一氧化二氮 (N₂O）、氮氧化物（NOx_{）燃燒時，一些氨可能會逸出，未燃燒。}這種一氧化二氮會逃逸到大氣中，而溫室氣體會在大氣中存留 100 多年。同時，氮以NO的形式排放x_{氨會落到地球上，破壞脆弱的生態系統。}由於這些排放物被細菌消化，因此額外的氮₂產生O。

不_x氨也會與空氣中的氣體混合形成細懸浮微粒。空氣污染的主要原因，細顆粒物每年估計有 400 萬人死亡。「說氨是一種『清潔』燃料有點言過其實。僅僅因為它是無碳的，並不一定意味著它是清潔的並且有利於公眾健康，」黃說。

多層面的模型

研究人員希望描繪出全貌，捕捉全球船隊改用氨燃料對環境和公共衛生的影響。

為此，他們設計了情境來衡量污染物在某些技術和政策假設下的影響如何變化。

從技術角度來看，他們考慮了兩個船舶引擎。第一種燃燒純氨，產生較高含量的未燃燒氨，但排放較少的氮氧化物。第二種引擎技術涉及將氨與氫氣混合，以改善燃燒並優化催化轉換器的性能，從而控制氮氧化物和未燃燒的氨污染。

他們也考慮了三種政策情境： 現行法規僅限制 NO_x世界某些地區的排放量；增加北美和西歐氨排放限制的情境；以及增加氨水和一氧化氮全球限制的情景_x排放。

研究人員使用船舶軌跡模型來計算每種情況下污染物排放量的變化，然後將結果輸入到空氣品質模型中。空氣品質模型計算船舶排放對粒狀物和臭氧污染的影響。最後，他們估計了對全球公共衛生的影響。

最大的挑戰之一來自缺乏現實世界的數據，因為目前還沒有氨動力船舶在海上航行。相反，研究人員依靠合作者提供的實驗氨燃燒數據來建立他們的模型。

他說：“我們必須想出一些巧妙的方法，使這些數據對技術和監管情況都有用且提供資訊。”

一系列結果

最終，他們發現，如果沒有新的法規和燃燒純氨的船舶發動機，更換整個船隊每年將導致 681,000 人過早死亡。

「雖然沒有新法規的情況不太現實，但它很好地警告了氨排放的危險性。與一氧化氮不同的是_x航運業的氨排放目前不受監管，」Wong 說。

然而，即使沒有新的法規，使用更清潔的引擎技術也可以將過早死亡人數減少到約 80,000 人，比目前歸因於海運排放的人數少約 20,000 人。憑藉更嚴格的全球法規和更清潔的引擎技術，因航運空氣污染而死亡的人數可能會減少約 66,000 人。

「這項研究的結果表明了與新技術一起制定政策的重要性，」塞林說。“運輸中的氨有可能對氣候和空氣品質有益，但這需要製定法規來解決所有潛在影響，包括氣候和空氣品質。”

氨對空氣品質的影響在全球範圍內的影響並不相同，要充分解決這些問題需要在不同的環境下採取協調一致的策略。大多數過早死亡發生在東亞，因為該地區的空氣品質法規不太嚴格。現有空氣污染程度較高，導致氨排放產生更多粒狀物。此外，東亞的航運量遠大於地球其他地方，加劇了這些負面影響。

未來，研究人員希望繼續完善他們的分析。他們希望以這些發現為起點，敦促海洋產業共享引擎數據，以便更好地評估空氣品質和氣候影響。他們也希望讓政策制定者了解更新航運排放法規的重要性和迫切性。

這個故事由麻省理工學院新聞轉載（web.mit.edu/新聞辦公室/），一個熱門網站，涵蓋有關麻省理工學院研究、創新和教學的新聞。