Trans-arctic re-routing of container vessels using the MariTEAM model: A comparative analysis of short- and long-term climate change impacts

Abstract

Maritim skipsfart står for 80 % av verdenshandelen i volum, og ettersom etterspørselen forventes å øke, vil også eksosutslippene knyttet til fartøysaktivitet øke. Arktis varmes opp dobbelt så raskt som det globale gjennomsnittet, og anslått reduksjon i isens utbredelse og tykkelse åpner muligheten for transarktisk skipsfart som et kortere alternativ til konvensjonelle eurasiske handelsruter på Suezkanalruten (SCR). Den toppmoderne utslippsvurderingsmodellen "MariTEAM" er modifisert for å etablere en omrutingsrutine, og ytterligere simulere fem Maersk-containerskip gjennom Suezkanalruten og den Nordlige sjørute (NSR). Målet er å vurdere potensialet for å redusere klimapåvirkningen av sjøfartøy, ved å omdirigere fartøyer gjennom NSR, gitt tekniske skipsdata, operasjonelle profiler og drivstoffprofiler. To dobbel-simulering-eksperimenter er utført hvor fartøyene simuleres gjennom Arktis med (1) konstant hastighet lik gjennomsnittshastigheten på SCR og (2) konstant redusert speed, også kjent som «slow steaming». Resultater fra en klimakonsekvensvurdering ved bruk av GWP- og GTP-målinger indikerer at fartøyer som kjøres på tung fyringsolje (HFO) har minimalt potensial for å redusere klimaendringer på kort sikt grunnet kjøleeffekten av svovel. Videre vurderes casefartøyene med marin dieselolje (MDO) som drivstoff på NSR for å simulere et Arktisk HFO-forbud. Case-fartøyene simuleres også med flytende naturgass (LNG) som drivstoff for å vurdere de potensielle klimaeffektene ved omruting i et scenario der HFO fases ut som marint drivstoff. Kortsiktig temperaturpotensial er netto negativt for alle forsøk på grunn av kjøleeffekten av NOx-utslipp. På lang sikt er en reduksjon av globale klimapåvirkninger ved omruting til stede for alle drivstoffprofiler og driftsprofiler, ettersom reduksjonen av navigasjonsavstanden på NSR fører til redusert drivstofforbruk og reduserte utslipp av langlevde klimagasser. Langsiktige avveininger angående omruting til NSR er økt lokal oppvarming i Arktis, som mulig kan forsterke tining av permafrost og påvirke biologisk mangfold.

Maritime shipping is responsible for 80% of global trade volume, and as demand is expected to increase, so are the exhaust emissions associated with vessel activity. The Arctic region warms twice as fast as the global average. The projected decrease in ice extent and thickness opens the possibility for Trans-Arctic shipping as a shorter alternative to conventional Eurasian trade routes on the Suez Canal Route (SCR). The State-of-the-art, bottom-up emission assessment model "MariTEAM" is modified to establish a rerouting routine and simulate five Maersk container vessels through the Suez Canal Route and the Northern Sea Route (NSR). The aim is to assess the climate change mitigation potential of rerouting vessels through the Arctic given technical ship data, operational profiles, and fuel profiles. Two dual simulations are conducted where the container ships are simulated through the Arctic with (1) constant speed equal to the average speed on the SCR and (2) constant slow steaming speed. Results from a climate impact assessment using GWP and GTP metrics indicate that vessels run on heavy fuel oil (HFO) have minimal short-term climate change mitigation potential of rerouting due to the cooling effect of sulfur. Further, the case vessels are assessed with marine diesel oil (MDO) fuel on the NSR to simulate an Arctic HFO-ban. The case vessels are also simulated with liquified natural gas (LNG) as fuel to assess the potential climate change mitigation of rerouting in a scenario where HFO is being phased out as marine fuel. Due to cooling NOx emissions, short-term temperature potential is a net negative for all experiments. The long-term climate change mitigation of rerouting is present for all fuel profiles and operational profiles, as the navigational distance reduction on the NSR leads to reduced fuel consumption and emissions of long-lived GHGs. Long-term trade-offs regarding rerouting through the NSR are increased local warming, potentially amplifying permafrost thawing, and affecting biodiversity.