随着国际社会对碳中和目标的公式，动力系统的能源形式成为业界关注的焦点问题之一。碳、氢、氮、氧是自然界大规模存在的能量载体元素，传统化石能源以碳、氢为能量载体，其使用过程必然涉及碳排放。纯氢气虽然不含碳，然而目前氢气的储输以及终端使用方式仍然不成熟。而氨仅含有氮、氢元素，燃烧主要释放氮气（N₂）和水（H₂O），无CO₂排放（若使用绿氨，全生命周期接近零碳）。满足国际海事组织（IMO）2050年温室气体减排50%的要求，并可实现远期净零排放。液氨（-33℃或10bar）存储条件温和、输运链成熟，其能量密度为12.7 MJ/L，虽低于柴油（36 MJ/L），但远高于液氢（8.5 MJ/L）。全球已有氨运输管网和港口设施（年运输量超1,800万吨），无需大规模新建基础设施。氨凭借其零碳特性、高能量密度和成熟的储运基础设施，被视为航运业脱碳的关键解决方案之一。因此，使用与开发可以高效使用液氨为燃料的船舶动力系统，乃至其它装备动力系统，是氨燃料大规模应用的关键点。由于船舶动力系统的燃料相较于其它移动交通工具而言，变革最具紧迫性与可行性，本文针对目前以液氨为燃料的船舶动力系统的现状、技术特征以及未来发展趋势进行总结，以供行业人士参考讨论。
以液氨为燃料，目前主要业界主要关注四种船舶动力技术路线，各具特点和适用场景以及优势。
- 氨燃料内燃机系统
氨燃料内燃机（Ammonia-Fueled Internal Combustion Engine，AF-ICE）是当前示范使用的航运业脱碳的关键技术之一，通过直接或混合燃烧氨气（NH₃）以全部或者部分替代传统化石燃料。相关案例有中国合肥合合性国家科学中心能源研究院与旗下的深圳海旭新能源有限公司联合研发的氨晖号等。
AF-ICE的原理是直接燃烧氨气（NH₃）驱动发动机，类似传统柴油机，但需解决氨的燃烧速度慢、点火困难等问题。如果使用纯氨燃烧，需高压缩比(>35:1)或火花点火，但是效率较低；如果使用氨-柴油双燃料：少量柴油（约5-10%）或氢作为引燃剂，提升燃烧稳定性，是目前的主流方案，然而该方案未实现完全脱碳。其技术分类与代表机型有以下两种：
1. 二冲程低速发动机
应用场景：大型远洋船舶（集装箱船、油轮等）。案例：MAN B&W 6G60ME-C10.5-LGIA：首台商用氨燃料二冲程机，氨能占比达95%，柴油引燃；WinGD X-DF-A：基于LNG发动机改造，氨-柴油双燃料，2025年交付。
2. 四冲程中速发动机
应用场景：渡轮、近海船舶。案例：Wärtsilä 25：2023年测试成功，氨能占比70%，余热回收提升效率至50%。
AF-ICE的主要优势为技术继承性强，可以对现有内燃机直接利用，成本较低，效率较高（可达约45-50%），适合中、大型商船。其主要技术挑战有NOx排放控制、氨逃逸（未燃氨的毒性）、材料腐蚀、低温点火困难等。预计该技术路线在短期（3年内）是氨燃料船舶系统的主要技术路线。
二、 氨蒸汽轮机
氨蒸汽轮机（Ammonia Steam Turbine，AST）是一种基于传统蒸汽动力系统改造的零碳船舶动力方案，通过燃烧氨气产生高温高压蒸汽驱动涡轮发电或直接推进船舶。由于目前大吨位船舶（几千吨、万吨）主要采用蒸汽轮机动力系统，因此AST系统尽管效率较低，但在特定场景下仍具应用潜力。产业示范示例有：日本K-Line公司研究的氨燃料蒸汽轮机用于LNG船，目标于2030年商业化；俄罗斯核动力破冰船：探索氨-核能混合蒸汽系统，提高续航能力。
AST系统的主要原理是将氨气（NH₃）在锅炉中燃烧，生成高温高压蒸汽，推动涡轮发电或直接驱动螺旋桨（类似LNG船舶的蒸汽动力系统）。基于蒸汽轮机在船舶和电厂的长期应用经验，AST系统的技术较为成熟。同时，AST系统可混合燃烧氨，适合当下能源过渡期。但是，AST系统启动时，锅炉需要预热，导致启动速度较慢。而且纯氨燃烧的火焰温度较低，大约在650℃，与柴油燃烧的火焰温度（~2000℃）还存在较大差距，导致AST系统的做功效率较低。因此，AST系统适用于大型LNG运输船改造的氨- LNG混合燃烧运输船，或者是传统燃油蒸汽轮机改装的氨蒸汽轮机船舶，以及高扭矩低速工况的特种船舶（如破冰船）。
三、 氨燃料电池（Ammonia Fuel Cell）
氨燃料电池（Ammonia Fuel Cell， AFC）是一种通过电化学反应将氨（NH₃）的化学能直接转化为电能的装置，被视为船舶零碳动力的长期解决方案。相关案例有挪威的H2Carrier公司研发的MS Green Ammonia等。
AFC系统的原理是通过电化学反应将氨的化学能直接转化为电能，驱动电动机。其技术路径主要有两种，一是直接氨燃料电池（DAFC），氨在阳极直接氧化，质子通过电解质传导至阴极与氧气反应生成水，该技术尚在实验室阶段。二是间接氨燃料电池，通过先裂解氨为氢气（NH₃→N₂+H₂），再用质子交换膜（PEM）或固体氧化物（SOFC）燃料电池发电。AFC系统的理论效率在60%以上，远超内燃机效率（45%-50%）。同时，该系统真正实现了零碳排放，只产生N2和H2O。但是仍需要克服氨裂解催化剂成本高、氨分解副产物吸附电极造成电极毒化的问题。因此，AFC系统适合小型或高环保要求船舶。其技术分类与代表机型有以下两种：
1. 固体氧化物燃料电池（SOFC）——船舶应用主流方向
高温下可直接利用氨（无需裂解），热电联供效率>80%。
案例： Bloom Energy与三星重工合作开发5MW级氨-SOFC系统，计划2025年装船测试；日本“Suiso Frontier”：液氨运输船改装SOFC辅助动力，减少5%燃油消耗。
2. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）——需配套氨裂解
问题：裂解炉增加系统复杂度，且催化剂（钌等）成本高。
进展：MS Green Ammonia（挪威）：全球首艘氨燃料电池渡轮，采用PEMFC+裂解系统，2026年运营。
