| dc.description.abstract | Global oppvarming og det grøne skiftet er på agendaen verda over. Myndighetar og internasjonale organisasjonar introduserer ulike reguleringar og insentiv for å betre prestasjonen til grøne løysingar. Trass usikkerheita så er situasjonen ein pådrivar for innovasjon av grøne løysingar, med både dei Norske Myndighetane og IMO som sett ambisiøse reduksjonsmål for framtida. Fiskeri er ein viktig eksportindustri i Noreg med eit betydeleg reduseringpotensial for Noregs totale CO2-utslepp. Basert på den relative miljøpåverkinga ulike steg i verdikjeda for fiskeprodukt har, så er bruken av drivstoff ein av dei større bidragsytarane som igjen gjer det til ei god kjelde for reduksjonspotensiale.
Denne oppgåve undersøker implementering av alternative energiberarar i ein snurpar/pelagisk trålar gjennom eit komparativ studie og vidare undersøking av den beste alternative løsyinga. Dei alternative energiberarane bedømt er hydrogen, ammoniakk og metanol. LNG og MDO er inkludert som ein referanseindeks. Basert på argumentet om å behalde fleksibilitet med tanke på fylling av drivstoff så er alle dei tre alternative drivstoffa antatt forbrent i ein forbrenningsmotor dreven med kombinert drivstoff. Desse motorane treng ein viss mengde pilotdrivstoff avhengig av drivstoffet, noko som gjer løysingane låg-utslepp og ikkje null-utslepp.
Oppgåva undersøker implementeringa av dei alternative energiberarane i eit referansefartøy gjennom eit komparativ studie, med eit fokus på det tekniske, miljømessige og finansielle. Snurparar/pelagiske trålarar har høge krav for rekkevidde og kraft. Implementeringa av dei alternative energiberarane er derfor meir utfordrande grunna lågare energitettleik. Den tekniske delen av tilfellestudiet avdekka at ei forlenging er naudsynt for drivstoffa som krevjar lagring i ein trykksett tank (type C), om den same lagringskapasiteten for fisk skal behaldast. Dette gjeld for LNG, flytande hydrogen og ammoniakk, medan metanol er i stand til å lagrast i dei konvensjonelle tankane til referansefartøyet og samtidig møte kravet for rekkevidde.
Miljøprestasjonen blir undersøkt gjennom ein konverteringsmetode for livsløpseffektvurdering med namn
ReCiPe2016H. Utslepp av karbondioksid (CO2), metan (CH4), lystgass (N2O), nitrogenoksid (NOx), svoveloksid (SOx) og partikkelmaterie (PM) til atmosfæren er inkludert, både for produksjon og operasjon. Prestasjonen blir vurdert for Midpoint og Endpoint. Flytande hydrogen, ammoniakk og metanol er drivstoffa med lågast total potensiell miljøeffekt ved Endpoint når dei er produsert på ein fornybar måte, med metanol som presterer best. Det er og tydeleg at det ikkje noko miljømessig gevinst ved å innføre naturgassbaserte alternative drivstoff med LNG som referanseindikator. Rangeringa baserast på dei ulike drivstoffa implementert i referansefartøyet med ein generell årleg operasjon.
For å gjennomføre den økonomiske vurderinga blir ein analyse av livsløpskostnadar tatt i bruk. Ved å definere CAPEX, OPEX og VOYEX for dei ulike drivstoffløysingane implementert i referansefartøyet, blir ein livsløpskostnad (LCC) estimert for to ulike tilfeller:
- Tilfelle 1: Eit notidsscenario med dagens skatting av utslepp og drivstoffprisar for 2020
- Tilfelle 2: Eit framtidsscenario med auka skatting av utslepp og drivstoffprisar for 2030
Begge tilfella avdekkjer signifikante livsløpskostnadar for dei alternative drivstoffa samanlikna med LNG og MDO, grunna ein stor differanse i drivstoffkostnad. Den planlagde auken i utsleppsskatt og framtidige estimerte prisar for grøne drivstoff er ikkje nok til auke konkurransekrafta for alternative drivstoff til eit naudsynt nivå nivå samanlikna med dei tradisjonelle.
Ei fleirkriteriebasert avgjerdsanalyse er gjennomførd basert på eit sett med kriterium som dekkjer miljøeffekt, teknisk modning, økonomi og sikkerheit. Dei ulike kriteria er vekta basert på ein redar som interessent. Det resulterer i at tradisjonelle drivstoff presterer betre enn alternative, medan grønn ammoniakk presterer best av dei alternative. Ein sensitivitetsanalyse blei gjennomførd med blant anna Myndigheitene som ein interessent, grunna redarar si høge vektlegging av det økonomiske aspektet. Dette resulterer i ei motsett rangering, med dei alternative drivstoffa som betre enn dei tradisjonelle og grønn ammoniakk på topp.
Basert på resultata frå avgjerdsanalysa, undersøkjer oppgåva vidare ulike ammoiakk-konsept basert på driv-
stoffmiksen. Konsepta har ein ammoniakkandel i drivstoffmiksen på høvesvis 70%, 90% og 95%. Tilfellestudiet avdekkjer at dei forskjellige konsepta er i stand til å kutte utsleppet av drivhusgassar med deira respektive ammoniakkandel. Ein forbetra miljøprestasjon vil derimot auke livssykluskostnaden grunna eit høgare forbruk av ammoniakk. Ei designvurdering med fokus på sikkerheit blir også gjennomførd for ammoniakk. Hovudfokuset når ein implementerer ammoniakk er å unngå lekkasjar av ammoniakk og minimisere potensielle konsekvensar av ein potensiell lekkasje. For å sikre ein trygg implementering av ammoniakk som drivstoff kan mange av dei same sikkerheitsprinsippa for LNG bli brukt. Den største skilnaden er giftigheita til ammoniakk som fører til strengare reguleringar for ventilering og krav om å definere giftsonar på dekk, alt for å sikre trygg operasjon for personell.
Oppgåva konkluderar med at ammoniakk presterer best av dei grøne alternativa, men ikkje er realistisk basert på økonomi. Ei løysing er derfor å designe nye fartøy ammoniakk-tilrettelagd. Dette betyr at fartøyet er designa for LNG, men det er tatt høgde for framtidige krav og reguleringar for ammoniakk i designprosessen. Å operere på LNG vil redusere utslepp til ein viss grad i nær framtid, medan ein opprettheld ein god økonomisk operasjon. Fartøyet er også i stand til å skifte til ammoniakk ved relativt små modifiseringar og dermed oppnå større utsleppsreduksjon som oppfyll Myndigheitene sitt mål for 2030, skulle drivstoffprisen søkke til eit tilstrekkeleg lågt nivå. Denne alternative løysinga vil senke investeringsrisikoen samanlikna med eit vanleg LNG-fartøy og krev berre ein liten ekstra investeringskostnad. Ei utfording er då den reduserte rekkevidda ein får ved å bytte ut eit gitt volum LNG med ammoniakk. | |
| dc.description.abstract | Global warming is on the agenda worldwide. As an attempt to tackle this, Authorities and international organizations are introducing regulations and incentives to improve the performance of green solutions. Despite the uncertainty, the situation drives innovation for greener solutions, with both the Norwegian Government and IMO setting ambitious reduction goals for the future. Fisheries is an important export industry in Norway and a segment with a considerable reduction potential for Norway's total emission of Greenhouse Gases (GHGs). Based on the relative environmental impact of different steps in the value chain for fish products, fuel use is one of the more significant contributors, making it a good source of reduction potential for the value chain.
This thesis investigates the implementation of alternative energy carriers in a purse seiner/pelagic trawler through a comparison study and further assesses a safe implementation of the best-performing alternative solution. The alternative energy carriers assessed are hydrogen, ammonia, and methanol. LNG and MDO are included as a benchmark. Based on the argument of maintaining flexibility concerning bunkering for the vessel, all three alternative fuels are assumed combusted in dual-fuel engines. This requires an amount of pilot fuel, making the solutions low-emission and not zero-emission.
Through a Case Study, the implementation of the alternative energy carriers in a reference vessel is assessed with a focus on the technical, environmental, and financial aspects. Purse seiners/pelagic trawlers have a high endurance range- and power requirement. Based on a lower energy density, this makes the implementation of alternative energy carriers more challenging. The technical assessment reveals that incorporating the fuels requiring a type C tank for storage would lead to a required extension of the ship length if an equivalent fish storage capacity is kept. This is the case for LNG, liquid hydrogen, and ammonia, while methanol is capable of meeting the endurance range requirement through storage in the reference vessel's standard tanks.
The environmental assessment is conducted through the Life Cycle Impact Assessment, ReCiPe2016H. Emissions of carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O), nitrogen oxide (NOx), sulfur oxide (SOx), and particulate matter (PM) to the atmosphere are included, for both the production of the fuels and the operation of the vessel. The performance is assessed for Midpoint and Endpoint. Hydrogen, ammonia, and methanol all perform well at Endpoint when produced in a renewable way, with methanol performing the best. From the assessment, it is also evident that there is no point in implementing natural gas-based alternative fuels when using LNG as a benchmark. This ranking is based on the fuels implemented in the vessel with a general annual operation.
For the financial performance, a Life Cycle Cost Analysis (LCCA) is used. Through the definition of the CAPEX, OPEX, and VOYEX for the different fuel solutions implemented in the reference vessel, a Life Cycle Cost (LCC) is estimated for two scenarios:
- Scenario 1: A more present scenario with today's taxation and 2020 fuel costs
- Scenario 2: A future scenario with 2030 taxation and 2030 fuel costs
Both scenarios reveal significantly higher LCCs for the alternative fuels compared to LNG and MDO, with the main difference being found in the fuel cost. The combination of higher CO2- and NO-tax and future green fuel prices used in this thesis does not improve the financial performance of alternative solutions sufficiently compared to the performance of the more traditional ones.
Based on a set of criteria covering environmental performance, technical maturity, economy, and safety, a multi-criteria decision analysis is conducted. The importance of the different criteria is weighted for a shipowner as the stakeholder, revealing the traditional fuels to perform better than the alternative, with green ammonia performing the best of the alternative. Because shipowners heavily weigh the financial aspect of the solutions, a sensitivity analysis is conducted where the case of the Government as the stakeholder is assessed. This results in an opposite ranking, with the alternative solutions outperforming the traditional, and green ammonia performing the best.
Based on the results from the multi-criteria decision analysis, the thesis further assesses different ammonia concepts defined based on the fuel mix ratio. An ammonia ratio of 70%, 90%, and 95% is assessed, revealing the concepts are capable of reducing the emissions of GHGs by their respective ammonia ratio. An improved environmental performance does, however, increase the LCC due to a higher ammonia consumption. A design assessment with a focus on safety is also conducted for ammonia. The main concern when implementing ammonia is to avoid leakages of ammonia and to minimize consequences should leakage occur. To ensure the safe implementation of ammonia as a fuel, many of the same safety principles used for LNG can be applied. The main difference is the toxicity of ammonia, imposing stricter regulations for ventilation, and the definition of toxic zones on deck to ensure a safe operation for personnel.
The study concludes that ammonia performs the best of the green alternatives included but is not financially viable today. Thus one solution is to design the vessel ammonia-ready, meaning for LNG with ammonia regulations and requirements accounted for in the design. Operating on LNG would reduce emissions to some extent shortly while maintaining a good financial operation. The vessel would also be capable of using ammonia as a drop-in fuel, having the opportunity of achieving emission reductions complying with the Government's goal for 2030, should the price drop to a sufficiently low level. This alternative solution would lower the investment risk compared to a traditional LNG vessel while only slightly increasing the extra investment cost. One challenge is the vessel's reduced endurance range by changing a specific volume of LNG with ammonia. | |
