Greenhouse Gas Reduction Potential in Norwegian Coastal Shipping: A Well-to-Wake Analysis of Alternative Shipping Fuels

Abstract

Klimaendringer gjør det nødvendig å redusere klimagassutslipp i alle sektorer, også innen skipsfart. En foreslått løsning for å redusere utslippene er å erstatte dagens fossile drivstoff med lav- eller nullutslipps-alternativer. I denne oppgaven undersøkes potensialet for å redusere klimagassutslippene til Kystruten ved å erstatte fossile drivstoff med LNG, hydrogen eller ammoniakk.

Det er utviklet en omffatende vugge-til-grav (well-to-wake) analyse av drivstoffalternativene for å estimere hvilket alternativ som gir lavest klimagassutslipp. Direkte utslipp fra forbrenning av drivstoff (tank-to-wake) beregnes ved hjelp av MariTEAM-modellen, en omfattende ``bottom-up'' modell som estimerer utslipp basert på skipets driftsforhold. Utslipp knyttet til produksjon av drivstoff (well-to-tank) er estimert ved hjelp av en parametrisk analyse basert på tilgjenglige studier av de alternative drivstoffene.

Resultatene viser at det er potensial for utslippsreduksjon med alle de vurderte alternative drivstoffene. Hydrogen har de laveste utslippene tank-to-wake, etterfulgt av ammoniakk. LNG har de høyeste utslippene av de tre alternativene, men kan likevel oppnå en reduksjon på 25 % sammenlignet med fossile drivstoff. Når det gjelder utslipp gjennom hele livsløpet (well-to-wake), er reduksjonspotensialet i stor grad avhengig av produksjonsmetode. Grønt hydrogen produsert ved hjelp av elektrolyse gir de laveste utslippene, etterfulgt av hydrogen produsert fra naturgass med og uten integrert karbonfangst. Ammoniakk som drivstoff har et betydelig potensial for å redusere utslippene, men det kreves fornybar energi i synteseprosessen og grønt hydrogen som råstoff for at reduksjonen skal være tilstrekkelig for å nå klimamålene.

På grunn av modenhet og tilgjengelighet kan LNG erstatte konvensjonelle drivstoff på kort sikt. LNG reduserer imidlertid ikke utslippene nok til at drivstoffbytte alene kan føre til at klimamålene nås. Både hydrogen og ammoniakk har potensial til å erstatte konvensjonelt drivstoff og redusere utslippene fra skipsfarten i tråd med klimamålene. Begrenset tilgjengelighet, høye kostnader og teknologisk umodenhet gjør imidlertid at hydrogen og ammoniakk ikke er gode drivstoffalternativer per i dag. Kystruten har en unik posisjon i norsk kystfart og kan være en viktig bidragsyter for at hydrogen og ammoniakk blir tilgjengelig som drivstoff langs kysten i Norge.

Climate change necessitates reducing greenhouse gas emissions across all sectors, including shipping. One proposed solution for reducing shipping emissions is the adoption of low-emission fuels. This thesis investigates the potential for reducing greenhouse gas emissions by substituting conventional fuels with low-carbon alternatives applicable to coastal shipping in Norway. Specifically, LNG, hydrogen, and ammonia are assessed as alternative shipping fuels for the Norwegian Coastal Express.

A comprehensive well-to-wake analysis of low-carbon fuel alternatives has been developed to determine which fuel option results in the lowest greenhouse emissions for the Coastal Express. Tank-to-wake emissions are calculated using the MariTEAM model, a comprehensive bottom-up approach that estimates emissions based on ship-operational conditions. Well-to-tank emissions for alternative fuels are assessed through a parametric analysis based on existing fuel studies.

The results indicate greenhouse gas emissions reduction potential with all assessed alternative fuels. Hydrogen demonstrates the lowest tank-to-wake emissions, followed by ammonia. LNG exhibits the highest tank-to-wake emissions among the three alternatives but can still achieve a 25 % reduction compared to conventional fuels. When considering well-to-tank emissions, the fuel production method heavily influences the reduction potentials. Green hydrogen produced via electrolysis offers the lowest well-to-wake greenhouse gas emissions, followed by hydrogen produced from natural gas. Ammonia shows significant potential for emissions reduction but requires renewable energy in the synthesis process and green hydrogen as feedstock to meet the reduction targets.

Due to its mature technology and availability, LNG can serve as a short-term conventional fuel substitute. However, it is insufficient to meet the emission reduction targets set for the shipping sector. Both hydrogen and ammonia have the potential to serve as conventional fuel substitutes and effectively reduce shipping emissions in line with emission targets. Nevertheless, limited availability, high costs, and technological immaturity pose challenges to widespread adoption. The Coastal Express, positioned uniquely in Norwegian coastal shipping, can address these challenges and make significant strides toward achieving a zero-emission shipping sector.