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船運汙染及防治之道

為了約束船運的汙染排放,近年來國際公約新訂定了哪些環保法規?對船運有什麼重大的衝擊?
 
 
 
貨物載重量動輒萬噸的貨輪,猶如一座海上的浮動城市,日日夜夜航行於國家之間,而成為海洋的一個汙染源。提到海洋環境保護,就必須先了解船舶在航行中會產生哪些汙染?國際公約如何約束與管理這些汙染?航運公司如何因應與管理其船舶以符合法規要求,不至於因違反法規受處罰而影響航運經營?為了約束船運的汙染排放,近年來國際公約新訂定了哪些環保法規?對船運有什麼重大的衝擊?

船舶航行會產生哪些汙染

船舶航行在大海中會產生的汙染包括:

廢氣排放 航行時,船舶運轉的推進主機和發電機會因燃油燃燒而排放廢氣。船用燃料以重油為主,燃燒生成物包括:CO2、NOX、SOX、碳粒(particulate matter, PM)。CO2是造成地球溫室效應的關鍵氣體,NOX和SOX是形成酸雨的元兇,因此需要加以約束。以一艘載重量兩萬噸、航行速度15節的礦砂船為例,每日的燃油消耗就高達約65公噸,而燃燒重油1公噸會產生3.11公噸CO2,因此這艘船每天的CO2排放量就高達202公噸!

船舶汙水 包含機艙機器設備所累積的艙底水(bilge),以及船上人員所產生的人體排泄物汙水(sewage)。機艙的艙底水可能含有汙油成分,因而在船舶的機艙內必備有油水分離器,讓艙底水在排出前先分離所含油量以符合排放標準(含油成分低於15 ppm)。生活汙水,尤其是廁所汙水,必須經過船內的汙水處理設備,符合環保規定後才可排出。

垃圾 船舶在正常操作下與人員飲食、生活、操作有關的廢棄物。

壓艙水 當船舶在港口卸貨完畢後,如果沒有足夠的貨源,基於航行的安全和貨載考量,必須考慮打入壓艙水,以維持船舶足夠的穩定性。然而研究顯示,因壓艙水中可能攜帶當地的水生生物,異地排放會造成外來物種的遷移現象,排放的壓艙水中的生物可能在沒有天敵下大量繁殖,造成環境的生態衝擊。

抗海生物的船體漆 過去多年研究顯示,船舶油漆中所含三丁基錫(TBT)可能是牡蠣和蚌類殼弱化,以及各種水生蝸牛成長緩慢的原因。1980年中末期,許多國家就著手限制在船上使用TBT基油漆(船長小於25米者禁用)及其滲出率。

1988年,有關防汙油漆中TBT所引起的汙染問題,首次在國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)的海洋環境保護委員會中提出。當時全世界已普遍有明確證據顯示,TBT和其他有機錫化合物對水生物有害,許多國家也都單獨或在區域性公約下,通過減輕TBT基防汙油漆危害的措施。行政院環保署也在民國91年3月公告TBT是毒性化學物質,廠商要申報才能製造、輸入、販賣,但未禁止使用。

源自貨物所析出的汙染 例如船舶載運有毒液體物質,透過貨艙的洗艙水排放而汙染海洋。或者是船舶裝載具易燃、易爆、腐蝕、毒性和放射性貨物及包裝材料的散落或溢漏。

船舶發生海難事故 例如撞船、擱淺或沉船,導致船內燃油以及具有汙染性或毒性的貨物大量溢漏,對海洋和沿岸的生態造成嚴重的傷害。雖然這部分的汙染屬於突發事故,但是一旦發生,對環境的衝擊相當嚴重。

如何約束與管理汙染源

國際社會對船運的海上汙染是如何管制的呢?聯合國有一專門機構—國際海事組織(IMO),是發展和實行海洋安全、保安,以及與船舶造成的汙染防治相關國際規範的特定組織,目前有169個會員國。除了船舶航行的問題外,IMO對於原油外漏、化學品汙染、汙水排放的防治、廢氣排放、生態環境破壞等不同層面事件,訂定環境保護規範,要求會員國遵守,以解決因經濟活動日益興盛、海事活動增加所造成對海洋環境急速破壞的問題。

與防制海洋環境汙染有關的重要公約是1973年通過的海洋汙染公約,由於曾在1978年提出修訂而稱為MARPOL 73/78公約,於1983年10月2日生效。原先的公約由公約正文、兩個議定書和5個附則組成。5個附則分別是:

附則Ⅰ—防止油汙規則,1983年10月2日生效;附則Ⅱ—控制散裝有毒液體物質汙染規則,1987年4月6日生效;附則Ⅲ—防止海運包裝形式有害物質汙染規則,1992年7月1日生效;附則Ⅳ—防止生活汙水汙染規則,目前尚未生效;附則Ⅴ—防止船舶垃圾汙染規則,1988年12月31日生效。

隨著船舶燃油對大氣造成的汙染日趨嚴重,1997年議定書決定增加附則VI—防止船舶造成大氣汙染規則,1997年9月26日制定,2005年5月19日生效。

這公約又依締約國逐年提出的討論而陸續修正規定(例如管制CO2、NOX及SOX排放的新規定),又如2004年採納的壓艙水及沉積物管理公約,已於2012年生效。

IMO在各公約中訂定了限制船舶汙染的國際規範和生效日期,簽字的締約國就據以修訂各國的國內法,任何進入該國海域和港口的船舶就必須遵守該法律。各國把船舶檢查的工作交由港務局的特任官員,對進入各港口的船舶進行稽查,以確保停靠的船舶符合環保的規定,而不至於危害到港口的安全,以及預防船舶危害海洋環境。

這種檢查機制稱為「港口國管制」(port state control, PSC),如果違反法規會依法處罰,輕者延遲開船直到改善為止,重者處以高額罰款甚至予以扣船。換言之,各航運公司為了讓所屬的貨輪順利地進出各個預定停靠裝卸貨的港口,在設備及操作上,船舶都必須符合國際公約和各國港口的規定。

除了以處罰做為手段限制船舶汙染外,為了鼓勵航運公司自願施行環保政策,目前歐洲一些大型港口推出環境評估制度,自2012年起以低港口費獎勵符合清潔檢查的船舶。新加坡率先在2011年7月1日起,對符合環保設計的新造船給予驗證費減半和貨物稅優惠等措施,以吸引航運公司朝向航運綠化的方向發展。

重大的公約修正規定

近年來IMO比較重大的決策,並且已列入或未來會列入檢查重點的有:

淘汰單殼油輪 1999年12月12日,「Erika」輪在法國比斯開灣水域發生汙染事故,溢出重燃油約10,000公噸,對沿海各國造成巨大損失。2002年11月13日,「Prestige」輪在西班牙海域觸礁斷裂沉沒,約77,000公噸燃料油溢漏。這一系列重大溢油事故,產生了MARPOL 73/78附則I關於雙層殼的2001年和2003年修正案,加快了單殼油輪的淘汰步伐。

成立排放控制區 在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區,船舶儼然成為該地區的重要汙染源。IMO的資料顯示,船舶年排放的硫氧化物約占世界硫氧化物排放總量的4%。1997年通過的MARPOL公約附則VI,除了對船舶廢氣中的硫氧化物排放含量做了限制外,並規定了硫排放控制區,現通稱為「排放控制區」。

目前的排放控制區有歐洲的波羅地海和北海,新通過的排放控制區則包含北美海岸(2012年8月1日生效)和美國位於加勒比海的處女島(2014年1月1日生效)。北地中海以及新加坡和東京灣也將列入排放控制區,南韓/大阪灣和澳洲也在討論加入。行駛在排放控制區內的船舶,排放的NOX和SOX將受到嚴格限制。

可預見的,為了顧及生態和環保,越來越多的區域會申請加入排放控制區,各航運公司必須及早規劃因應。

控制CO2排放的措施 根據統計,國際海運每年約8.4億公噸CO2排放量,相當於全世界CO2排放總量的3%,並且隨著國際貿易量的增加,國際海運的排碳量還會大幅增長。為了管制船舶運輸的CO2排放量,2011年7月11~15日,在IMO的海洋環境保護委員會第62次會議中,通過了MARPOL 73/78公約附則VI修正案,確定了「新船能效設計指數(energy efficiency design index, EEDI)」和「船舶能效管理計畫(ship energy efficiency management plan, SEEMP)」兩項船舶能效標準的強制性規定。

公約規定,從2013年開始,所有400總噸或以上的新船必須把碳排量降低10%;2020至2024年間再減少10%;2024年後要達到減排30%的目標。至於現成船舶,則要建立船舶能效管理計畫,計畫中應明列準則以控管能源效率。IMO將容許各國造船業透過改用新碳減排系統,或者任何方式達到要求。IMO把EEDI及SEEMP列入強制性規定的用意,在約束新造船必須採取有效措施,以減少船運中的溫室氣體排放。

EEDI EEDI的定義是船舶單位載重單位航速的碳排放。式中CF是碳排放指數(每公噸燃油的碳排放量)、P是功率、SFC是單位功率的燃油消耗、Capacity是載貨重量,Vref是平均航速。

EEDI計算公式的分子是船舶運輸所產生的總碳排放量,包含了船舶主機及所有輔機(如發電機、泵浦等)運轉所產生的碳排放,然後再扣除船上裝設廢能回收裝置所減少的碳排放,以及扣除附加的節能設備對降低主機馬力所對應節省的碳排放量。EEDI的分母則是載重量(公噸)乘以航速。

EEDI是考慮船舶設計採用各種能效改進措施的情況下,單位船舶運輸所產生的環境成本(CO2排放量),因此EEDI已經成為未來造船市場減排CO2措施的重要指標。EEDI涉及到船型、螺旋槳、推進系統布置、各種減低排碳的配套設備等設計的改良,期望藉由降低EEDI數值以實現減少CO2排放量的目標。在公約要求上,針對特定船舶的形式和尺寸,新船達成的EEDI指數數值必須小於公約要求的EEDI值。

EEOI 在船舶營運方面,IMO提出以能源效率營運指數EEOI做為選擇性的效率監視指標,式中FC是燃油消耗量,CF是碳排放指數,mcargo是載貨重量,D是航行距離。

目前EEOI尚未成為強制性的指標,但可以做為規劃船舶能效管理計畫的參考。透過船舶能效管理計畫,要求船舶從計畫、實施,到監控、自我評估,建立一整套提高船舶營運效率的管理機制。各船舶可以從船速控制、針對氣象做適當的航路修正、船舶適當的保養管理、航行時前後吃水的適當調整等措施來改善EEOI,從而達到船舶營運的CO2減量目標。

限制NOX排放的措施 為了管制NOX的排放量,2008年10月,IMO修正MARPOL公約附則VI,規定了船舶柴油機的NOX排放標準分成3個階段如上表。

至於2016年1月以後製造而操作於非排放控制區的船用柴油機,則適用第二階段規定。

值得注意的是,由第一到第二階段,NOX排放減量了約20%,到了第三階段,NOX排放減量達80%!

限制SOX排放的措施 為了管制SOX的排放量,2008年修正的MARPOL附則VI,規定2012年1月前建造的船舶,其燃油含硫量不得高於4.5%。2012年1月後建造的船舶,其燃油含硫量不得高於3.5%。2020年1月後建造的船舶,其燃油含硫量不得高於0.5%。

如果船舶航行於排放控制區,燃油的含硫量限制就更為嚴苛。規定2010年3月前建造的船舶,其燃油含硫量不得高於1.5%。2012年1月後建造的船舶,其燃油含硫量不得高於1.0%。2015年1月後建造的船舶,其燃油含硫量不得高於0.1%。

限制壓艙水排放的措施 船舶壓艙水及沉積物夾帶各種不同海域的有害水生物和病原體,隨著船舶到處航行,造成各個國家港口不同程度的環境汙染與生態衝擊和破壞。為降低壓艙水所帶來的災害,IMO於2004年通過「國際船舶壓艙水及沉積物控管公約」,簡稱「國際壓艙水管理公約」。這項公約的生效條件是,須有30個IMO會員國簽字承諾,且船舶登記載重噸位超過全世界總噸位的35%,簽字日期後12個月正式生效。截至2011年10月,已有30國、占世界商船總噸位26.44%簽署,生效在即。

這公約要求船舶壓艙水的排放須符合D-2標準,D-2標準就是經安裝處理設施後排放所需符合的標準。對於浮游生物的規定是直徑大於等於50微米(μm)的浮游生物,每立方米不得超過10個;直徑小於50微米或大於等於10微米的浮游生物,每毫升(ml)不得超過50個。針對病原性的微生物如霍亂弧菌、大腸桿菌、腸球菌等,規定如下:

霍亂弧菌每100毫升少於1個菌落形成單位(colony forming unit, cfu),或浮游動物少於1cfu/1g溼重量;大腸桿菌少於250 cfu/100ml;腸球菌少於100cfu/100ml。

環保法規對船運的衝擊

造船業競爭力 未來船廠所建的船舶,不僅要符合各海事公約在安全、防汙染等方面的要求,還要達到最低的節能減排要求,且這些要求會隨著時間的推移而不斷提高。航運業對減少船舶排放的要求為造船業創造了競爭的契機,船廠推出新造船的EEDI指數越低,在國際市場上便越有競爭力;反之如果達不到最低標準,則會面臨扣船、繳納罰金的處罰,甚至被國際市場淘汰。因此對各國造船廠的船舶設計及建造技術,形成相當大的競爭和挑戰。

值得提出的是,新加坡早在2011年7月1日就對符合EEDI第一階段限值的新造船減免認證費用50%,每年的貨物稅也可減免20%。新加坡主動獎勵航運公司以帶動船運節能減碳,這舉動相當值得各國效法!

針對新訂標準的解決之道為符合NOX的排放標準,引擎製造商必須淘汰不符合環保要求的引擎,以及研發並推出符合排放規定的新型環保引擎,或者改選擇以液化天然氣為燃料的推進主機。所有引擎出廠必須經過驗船協會的認證,以取得合格的排放檢驗證明。

船舶營運 排放控制區的航運成本越來越高—歐盟對船舶的硫化物排放量的要求更為嚴格,根據歐盟委員會頒布的法令,從2010年1月1日起,所有停靠歐盟港口的船舶的燃油含硫量最高不得超過0.1%。

不像CO2排放和NOX排放可由引擎設計及運轉調整加以改善,硫排放和引擎無關,因此必須使用低硫燃料才可滿足環保要求。目前各航運公司的應對之道,是在航行於排放控制區的船舶上,設置符合低硫標準的marine gas oil(MGO)燃油櫃。航行在排放控制區內,主機和發電機就使用MGO燃油,以符合該港口的環保標準。只是MGO燃油的價格高昂,每桶就高出傳統重柴油約250~300美元,明顯增加航運公司的經營成本。

船舶裝置環保處理設備的費用大增—新造船為符合NOX的排放標準,必須選擇符合排放規定的推進主機和發電機引擎。隨著環保要求越來越嚴格,現成船為符合NOX的排放標準,勢必被迫加裝廢氣處理設備,例如主機的排氣煙道加裝廢氣沖洗設備,裝置廢氣再循環裝置,或者安裝選擇性觸媒轉化裝置,以降低柴油主機的NOX排放。

另外,為了符合船舶壓艙水的排放標準,船舶必須加裝符合公約認證的壓艙水處理設備。只是截至目前為止,商品化的壓艙水處理設備寥寥可數。2011年7月,MEPC62會議的統計結果,只有18個系統通過最終認可,且各系統的價格偏高,動輒50萬美金以上,而且船舶必須騰出空間加裝設備,對商船營運增添相當大的壓力。

嚴格的環保法規勢必增加船運的成本,面臨國際航運的競爭,各航運公司必須謹慎地提出因應之道。面對氣候變遷的事實,船舶的經營者必須肩負起這項沉重的責任,各國的航運公司都需要加速研擬節能減碳、減排方案,並推動綠能科技研發,期望在大耗能的海運中率先檢討改進,為海洋環境維護盡一份心力,為航運的永續經營而共同努力。

深度閱讀
  1. 華健(2000)船舶引擎排氣對空氣品質之影響,工業污染防治73,73-90。
  2. 吳景凱、賴文豪、蕭瑞濱、劉祖彰、陳崑旭與林銘智(2006)船舶管理與安全,教育部,台北。
  3. 郭一民(2010)燃氣時代的航運業趨勢,DNV航運低碳經濟論壇,台北。

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