碳中和港口入门｜氢能与燃料氨基地建设及装卸机械电动化

什么是碳中和港口（CNP）

碳中和港口（CNP，Carbon Neutral Port）是指在使港口排放的CO2趋近实质零排放的同时，将港口升级为支撑整个脱碳社会的能源基地的举措。由日本国土交通省牵头，为实现2050年碳中和这一国家整体目标，正在全国各港口推进。

其要点在于，并不仅仅是“减少港口的CO2”。CNP大致可分为三大支柱。其一是完善接收环境，即大量、稳定、低成本地进口、储存并分配氢气和燃料氨等脱碳燃料；其二是港口机能自身的脱碳化，例如龙门吊和码头设施；其三是与临海产业的协作。

从“减排的港口”到“分配燃料的港口”

以往提到环保对策，往往给人一种“忍痛削减排放”的印象。但CNP的思路略有不同。港口一直以来承担着进口燃料并输送至各地的职能。如果发挥这一职能，把石油、煤炭换成氢气、氨等脱碳燃料，港口就能成为推动日本整体脱碳的“能源分配者”。

这一理念与将船舶燃料切换为氨或氢气的远洋船舶脱碳化密切相关。因为船舶要使用新燃料，港口必须能够补给该燃料。港口与船舶需要同步发生变化。

作为国家推进框架的CNP

日本国土交通省于2021年在全国6个地区7个港口召开了“CNP研讨会”，就港口地区的CO2排放量以及氢气、燃料氨的利用方案展开了研究。由此获得的知识，成为其后制度建设和示范项目的基础。CNP并非只是部分先进港口的事，而是从北海道到九州，众多港口都在推进规划的全国性政策。

其背景是日本于2020年10月宣布的“2050年碳中和”这一国家整体目标。要使CO2排放实质归零，不仅要在发电环节，还必须减少炼钢、生产化工产品、运输货物等一切产业活动所排放的CO2。其中，对于难以仅靠电力替代的高温热能和大动力需求领域，氢气、氨等“可燃烧的脱碳燃料”就成为可依赖的选项。而这些燃料首先登陆的地方，正是港口。

全球同步推进的港口绿色化

将港口打造成脱碳枢纽的行动并非日本独有。在欧洲的鹿特丹港等地，氢气进口与制造基地的建设，以及向停泊船舶供应陆上电力的设施建设正在推进。当世界主要港口竞相转向“绿色港口”之际，对于依赖海运贸易的日本而言，港口的脱碳化既是环境对策，也是赢得国际港口间竞争的产业战略。因为无法应对脱碳要求的港口，未来可能不再被以脱碳燃料航行的船舶所选择。

也就是说，CNP是将港口定位为“脱碳的试验场”和“能源枢纽”的构想。港口一直以来都是映照一国产业与能源面貌的镜子。在煤炭时代是煤炭、在石油时代是石油，都是通过港口支撑着国家。如果下一个主角是氢气或氨，那么这种变化也理应从港口开始。下一章我们将从CO2排放数据出发，进一步深入探讨为何港口如此重要。

为何港口是脱碳的关键：约六成CO2来自临海地区

即便被告知港口是脱碳的关键，或许也难以立刻理解。因为港口本身是龙门吊和卡车运转的物流场所，看起来并不像是排放大量CO2的地方。然而，一旦把目光投向港口“周边”，情况就完全不同了。

大量消耗能源的产业聚集在沿海地区

发电站、炼油厂、钢铁厂、化工厂——这些产业都需要通过船舶大量进口燃料和原料，同时也通过船舶大量运出产品。因此，它们自然而然地聚集在面向大海的临海地区。据国土交通省资料显示，占日本CO2排放量约六成的产业大多分布在港口及临海地区。

2020年度日本全国CO2排放量约为10.4亿吨。从构成来看，发电站、炼油厂等约占4.2亿吨（约40%），钢铁约占1.1亿吨（约11%），化工产业约占0.5亿吨（约5%）。这些排放量较大的产业集中在沿海地区，正是日本能源结构的一大特征。

改变港口，就能改变产业

这种结构反过来看，也是巨大的机遇。只要港口具备接收氢气、氨等脱碳燃料的能力，紧邻港口的炼油厂、发电站和工厂就更容易切换燃料。通过把握港口这一个节点，就能一举推动周边庞大产业群的能源转型。这正是CNP的战略意图所在。

正因为是“难以减排的产业”，港口才更有效

钢铁、化工、水泥等产业，是众所周知的特别难以减少二氧化碳排放的领域。例如炼钢需要从铁矿石中脱除氧气，需要大量的还原剂，以往由煤炭制成的焦炭承担这一角色。要使这一工序脱碳化，被认为有力的方案是转向以氢气替代煤炭的“氢还原炼铁”，但这需要以能够稳定输送庞大氢气量的供应网络为前提。港口一旦成为氢气的接收站，就能为这些难以转型的产业打开一条出路。

同样地，火力发电站也在示范将氨与煤炭混合燃烧的“混烧”，以及在天然气中混入氢气的做法。只要逐步提高混烧比例，就能在利用现有发电站的同时削减CO2。这里的关键同样在于能否稳定、大量地供应燃料。港口的接收能力，直接左右着周边脱碳化的速度。

仅靠电气化为何不够

或许有人会想，“那全都用电力驱动不就行了吗”。的确，汽车和家庭能源的电气化正在推进。然而，炼钢时需要的上千摄氏度高温，以及驱动大型船舶长距离航行所需的强大动力，仅靠电力和电池是难以覆盖的领域。因为电池很重，要储存大量能量就必须变得极其庞大。填补这类“难以电气化”领域空白的，正是燃烧也不产生CO2的氢气和氨，以及负责运送它们的港口。

“港口是日本CO2排放的集中点”这一事实，正是CNP被作为国家政策重视的最大原因。那么，掌握港口关键的“氢气与燃料氨”，究竟承担着怎样的角色呢？

迈向接收氢气与燃料氨的港口

CNP的第一大支柱，是完善氢气与燃料氨的接收环境。这里所说的接收，是指从由油轮运来的燃料安全卸载上岸，储存于罐中，再通过管道或槽车输送至周边地区的一整套流程。港口承担着这个“入口”的角色。

氢气和氨为何备受关注

氢气无论是燃烧还是通过燃料电池转化为电力，产生的都只是水，不排放CO2。氨（NH3）的分子中不含碳，因此同样是一种燃烧也不排放CO2的燃料。此外，氨相比氢气更容易液化、便于运输，具有能够充分利用现有运输和储存技术的实务优势。因此，氨也被寄予厚望，作为“运输氢气的容器（氢能载体）”发挥作用。

• 氢气：无论燃烧还是用于燃料电池均为零CO2排放。但常温下为气体，运输和储存难度较大
• 氨：分子中不含碳，零CO2排放。易于液化，适合大量运输，也是有前景的氢能载体
• 无论哪种，“制造过程中不排放CO2”（绿色/蓝色氢气与氨）都是实现脱碳的前提

国家提出的导入目标

2023年6月修订的《氢能基本战略》提出，将氢气的国内导入量扩大至2030年每年300万吨、2040年1200万吨、2050年约2000万吨的目标。燃料氨方面，也提出了2030年每年约300万吨的目标。要处理如此庞大的量，作为进口和供应门户的港口建设不可或缺。

成本这道巨大的壁垒

普及的关键终究还是成本。《氢能基本战略》提出，要将进口氢气的供应成本（CIF）降至2030年每标准立方米约30日元、2050年约20日元。目前氢气仍比化石燃料昂贵，如何填补这一差距是最大的课题。规划的路径是在港口集中大量处理，通过规模经济降低成本。

围绕“运输便利性”的技术

氢气质轻且体积庞大，若直接以气体形态运输效率低下。因此，人们开发出多种运输技术：冷却至零下253摄氏度使其液化的“液化氢”；让氢与常温下呈液态的物质结合运输的“有机氢化物（MCH）”；以及将氢转化为氨来运输的方法等。每种方法各有利弊，港口需要配备与之相应的储罐和设施。以何种形态接收氢气，是每个港口都需要作出的重要设计决策。

装卸机械电动化与氢能化的现场挑战

CNP的另一大支柱，是港口机能自身的脱碳化。其象征便是装卸集装箱的巨型机械——“装卸机械”的电动化与氢能化。这里正是港口现场正在发生变化的地方，可以说是CNP的最前线。

港口各处运转的柴油机械

在集装箱码头，众多机械日夜不停地运转。其中最具代表性的，是靠轮胎行驶、跨越集装箱堆垛进行装卸的RTG（Rubber Tired Gantry crane，轮胎式龙门吊）。以往的RTG由柴油发动机驱动发电机发电，再用电力驱动马达运转。也就是说，这就像是一座四处行驶的柴油发电站。

除RTG外，港口还有运输集装箱的拖车、跨运车，以及仓库使用的叉车等众多机械。只要这些机械仍靠燃烧柴油运转，港口的CO2排放就无法归零。正因如此，装卸机械的脱碳化被置于CNP各项举措的核心位置。

通向电动化的三种途径

装卸机械脱碳化的方法大致可分为三种。一是通过架空线或电缆供电的外部供电电动化；二是搭载电池的蓄电池化；三是以氢气为燃料的氢能化。氢能化又可细分为两种方式：用发动机燃烧氢气发电，以及用燃料电池将其转化为电力。

从港口向停泊船舶供电

需要脱碳的不仅是陆上运转的机械。停泊在港口的船舶也为了照明、空调和装卸作业，持续运转自身的发动机发电，这也是港口周边废气排放的原因之一。因此，从陆地向停泊船舶供电的陆上供电（船舶陆电，Ship-to-Shore Power）受到关注。只要船舶关闭发动机、改用港口电力，就能一并减少停泊期间的CO2、大气污染物和噪音。装卸机械电动化与陆上供电，可谓是让港口自身变得安静而清洁的两大支柱。

在这一领域，日本已开始走在世界前列。在接下来的两章中，我们将具体了解神户港与横滨港实际进行的两项对比鲜明的示范。

神户港的示范：世界首例氢发动机RTG实现燃烧时CO2零排放、NOx减少约70%

2025年，神户港（阪神港）进行了一项世界首例示范。在集装箱码头作业的RTG龙门吊的柴油发电机，被改装为氢气专烧发动机发电机，并在实际装卸作业中投入运转。由氢发动机发电机驱动的RTG进行装卸作业，被认为是世界首次尝试。

官民携手的全日本体制

这项“阪神港集装箱码头装卸机械高度化示范项目”，汇聚了众多企业和团体。项目实施主体为阪神国际港湾。负责运营码头的商船三井、拥有并运营RTG的商船港运、RTG制造商三井E&S、负责氢发动机的iLabo，以及负责氢气供应与充填的岩谷产业等均参与其中，堪称全日本体制。

• 阪神国际港湾：项目实施主体
• 商船三井：负责集装箱码头运营
• 商船港运：拥有并运营RTG的运营方
• 三井E&S：RTG制造商
• iLabo：氢发动机（氢气专烧）的研发方
• 岩谷产业：氢气的供应与充填

燃烧时CO2零排放，NOx较柴油减少约70%的成果

本次示范中，将现有的柴油发动机发电机替换为仅靠氢气运转的氢气专烧发动机。现场示范从2025年4月持续至6月底，以每周约3天的频率运转，确认了燃油效率、成本、氢气充填等运行方面的课题。由于氢气专烧发动机燃烧不产生CO2，运行期间的CO2排放为零（零排放化）。同时还得出结果显示，作为大气污染源的NOx（氮氧化物），在额定运行时相比柴油发电机也能削减约70%。

“改装”这一现实的选择

神户港做法的巧妙之处在于，并非将整台龙门吊全部更换为全新设备，而是仅替换作为核心部件的发电机。RTG是价格高昂的设备，若要更新需要巨大的费用和时间。如果能在保留现有机械的同时，仅将发电机改为氢能适配，那么在全国港口推广时的门槛将大幅降低。示范中获得的运行经验，将成为这种横向推广的宝贵数据。

将RTG的柴油发动机发电机改装为氢发动机发电机，由氢发动机发电机驱动RTG进行装卸作业的示范为世界首例。

——国土交通省近畿地方整备局 发布资料

为何选择神户港

神户港是日本具有代表性的集装箱港口之一。这里拥有众多龙门吊不间断作业的大型码头，能够在较大规模下验证氢能化的效果和课题。此外，周边聚集了众多氢能相关企业和研究机构，具备容易获得燃料供应和技术开发协作的环境。能够在实际投入使用的现场、在实际装卸作业的间隙运行世界首创的设备并加以验证，其说服力远非纸上试验可比。神户港的成果，为国内外面临同样课题的港口提供了宝贵的范本。

横滨港的示范：以燃料电池驱动RTG的另一种解法

与神户港挑战“燃烧氢气的发动机”不同，横滨港选择的是“利用氢气发电的燃料电池”这一不同方案。同样是氢能化，方式却有所不同，两个港口并行示范，使得日本整体能够比较哪种方式更适合哪些条件。

南本牧码头启动的燃料电池RTG运行示范

国土交通省于2025年6月2日宣布，在横滨港南本牧码头地区MC-2，启动了由氢燃料电池驱动的RTG现场运行示范。在将柴油发动机发电机改装为氢燃料电池后，向RTG充填氢气，并在实际运转的同时进行数据采集与分析。燃料电池通过氢气与氧气的化学反应发电，不伴随燃烧，具有运转声音安静、效率高的特点。

为何要同时尝试两种方式

氢发动机与燃料电池各有优劣。氢发动机结构与现有柴油发电机相近，易于沿用零部件和维护经验，在耐久性和成本方面往往更具优势。另一方面，燃料电池不伴随燃烧，排放更清洁、效率更高，静音性也更出色。不预先断定哪种是正确答案，而是在现场同时运行两种方式，从中判断各自的优缺点——这正是日本的示范策略。

此外，装卸机械的氢能化并不仅限于神户和横滨两地。东京港也在进行以燃料电池驱动RTG的示范，日本各主要港口正在同步推进新一代装卸机械的研发。如果港口所用电力本身也能由海上风电等可再生能源供应，脱碳效果将进一步提升。

以氢气驱动时，如何供应氢气是一个无法回避的问题。神户港的示范中，同样重视验证向龙门吊充填氢气需要多少时间和工序、能否稳定供应所需量等运行层面的课题。要让龙门吊全天不间断运转，就需要一套不让燃料中断的机制。由此也可以看出，CNP大量接收并供应燃料的接收基地功能，与装卸机械的氢能化紧密相连。示范也是一个不仅验证单台机械、而是将“从燃料供应到机械运转”作为一个整体流程加以确认的场所。

两个港口尝试不同方式，也具有分散风险的意义。即便其中一种方式未能如预期发展，另一种方式仍可保留。未来或许会根据港口规模、处理货量、附近可获取的氢气种类等条件，分别采用适合氢发动机的港口、适合燃料电池的港口，或适合电池、外部供电的港口。重要的是不孤注一掷于某一种方式，而是保留多种选择。神户港与横滨港的示范，也是为在国内培育这些选择而打下的基础。

改变港口的制度：《港湾法》修订与CNP形成计划

仅靠技术无法改变港口，还需要有“制度”的支撑——由谁来制定计划、如何让官民步调一致。日本在过去数年间，逐步完善了推进CNP的法律与规划框架。

2022年《港湾法》修订

2022年11月，部分修订《港湾法》的法律成立并公布，同年12月部分条款开始施行。此次修订使港口管理者（管理港口的地方自治体等）能够召开由临海地区企业、物流经营者等参与的“港口脱碳化推进协议会”，并根据其讨论结果制定“港口脱碳化推进计划”。港口的脱碳化，由此作为被纳入法律的正式规划工作开始启动。

官民同坐一桌的意义

港口的脱碳化，仅靠港口管理者是无法实现的。其中涉及码头运营公司、装卸机械制造商、供应燃料的能源公司，以及相邻的炼油厂和工厂等众多立场各异的参与者。通过协议会这一平台，让所有相关方共享同一份计划，就能统一“港口将处理这种燃料”“因此工厂将在此时期完成切换”等步骤安排。CNP的本质，可以说正在于这种建立共识的机制。

1. 港口管理者设立“港口脱碳化推进协议会”，官民相关方共同参与
2. 在协议会讨论的基础上，制定“港口脱碳化推进计划（CNP形成计划）”
3. 依据计划，分阶段推进接收设施建设、装卸机械电动化以及产业协作

在这一框架下，横滨港、神户港等全国众多港口都在推进计划制定。横滨港于2025年3月制定了港口脱碳化推进计划，并于次年进行了修订。神户港、东京港等也提出了各自的计划。从北海道到九州，无论规模大小，众多港口都开始朝着同一方向迈进，这是当前的现状。

计划需要数据支撑

制定港口脱碳化推进计划，首先要从测算“该港口及其周边目前排放了多少CO2”开始。不仅要掌握装卸机械和停泊船舶的排放，还要涵盖临海地区工厂的排放情况，并以数据的形式明确到何时、以何种手段、削减多少。国土交通省公布了排放量核算手册和计划制定手册，以支持全国港口用同一把尺子来制定计划。不依赖模糊的目标，而是基于可测量的数据推进——这正是支撑计划可信度的基础。

港口由此削减的CO2，未来若能与藻场、滩涂吸收的蓝碳等自然吸收源相结合，将使区域整体的脱碳化更加坚实。改变港口设施的举措，与守护、培育海洋生态系统的举措，是驶向同一个“碳中和”目标的两个车轮。

要让计划不至于沦为纸上谈兵，资金支持同样不可或缺。日本政府正在支持向脱碳社会转型的GX（绿色转型）框架下，逐步完善支持氢气、氨供应以及港口设施脱碳化的机制。在新燃料能在价格上与化石燃料竞争之前，这类公共支持将发挥吸引民间投资的作用。只有港口管理者、企业与国家在计划和资金两方面步调一致，CNP才能真正从示范走向落地实施。

尚存的课题与我们能做的事

正如前文所述，CNP正稳步向前推进。然而，即便示范取得成功，也并不意味着全国港口能立即实现脱碳。仍有若干课题有待克服。

成本：仍高于化石燃料

最大的壁垒终究还是成本。目前，氢气和氨的价格仍高于石油和天然气。《氢能基本战略》提出了分阶段降低成本的目标，但这需要大量制造、大量运输、大量使用等规模的扩大。在港口集中处理正是规模扩大的第一步，但要填补价格差距，仍需要时间和政策上的支持。这也存在类似“先有鸡还是先有蛋”的难题：使用者不增加，价格就无法下降；价格不下降，使用者也难以增加。为打破这一恶性循环，国家和港口正率先扮演创造需求的引水角色。

安全与标准制定

氢气是一种极轻的气体，一旦泄漏容易扩散。氨则具有毒性。二者若处理不当都属于危险燃料，要在港口这种人员和机械密集的场所安全使用，需要重新完善设备标准和作业规程。示范中获得的数据，也被用于完善这类技术标准。只有在安全规则确立之后，才有可能实现大规模普及。神户港和横滨港的示范之所以从2025年度至次年度，与港口设施技术标准的修订研究同步推进，正是基于这一原因。只有实际投入运转才能了解的“哪些地方需要注意安全”的经验，正被转化为具体的规则。

• 成本：氢气、氨的价格高于化石燃料，能通过规模扩大和政策支持降低到何种程度是关键
• 安全：需完善应对氢气易泄漏、氨具毒性的设备标准和作业规程
• 供应链：能否从生产国到运输、储存、分配的全过程都做到不排放CO2
• 人才：培养能够处理新型燃料和机械的技术人员与作业人员

与大海相连的我们的生活

港口的脱碳化并非只是遥远产业界的事情。减少港口的CO2排放，能够缓解大气变暖，进而抑制威胁我们生活的海平面上升和风暴潮等风险。港口的景象悄然变得清洁，也是守护与大海共生的我们未来生活的一种努力。

总结：港口正成为脱碳的最前线

碳中和港口（CNP）是一项构想，旨在将日本CO2排放的集中地——港口，反过来转变为推动脱碳的能源基地。通过接收氢气与燃料氨、装卸机械的电动化与氢能化，以及与临海产业的协作这三大支柱，正在使港口整体发生转变。

神户港的世界首例氢发动机RTG，实证了燃烧时CO2零排放（零排放化）以及NOx减少约70%；横滨港则推进了燃料电池RTG的运行示范。在制度层面，2022年《港湾法》修订完善了规划机制，全国港口也已开始行动。尽管成本和安全等课题仍然存在，但港口确实正在成为脱碳的最前线。

下次经过港口时，请以全新的眼光看看那高耸的龙门吊和排列的储罐。它们中的每一台、每一座，都在悄然改变模样，成为日本大海走向脱碳的最前线。在我们每天收到的商品背后，港口此刻正努力蜕变为下一个百年的能源入口。