Evaluering av konsepter for maritim transport av hydrogen

Abstract

Et skritt på veien til en mer miljøvennlig verden er bruk av energibærere som muliggjør store overføringer av karbonnøytral energi fra ett sted til et annet. Hydrogen er en slik miljøvennlig energibærer, og kan transporteres av forskjellige hydrogenbærere som flytende hydrogen (LH2), ammoniakk (NH3) og flytende organisk hydrogenbærer (LOHC). Miljøvennlig hydrogen kan produseres direkte fra elektrolyse eller fra reformering av naturgass med karbonfangst og lagring.

Målet med denne oppgaven er å analysere maritime transportkjeder med hydrogen som energibærer. Forskjellige energikonverteringsprosesser for hver hydrogenbærer er tatt med i analysen. Tre forskjellige hydrogenbærere ble undersøkt: LH2, NH3 og LOHC. En modell ble lagd for å evaluere de forskjellige hydrogenbærerne på grunnlag av tekniske og økonomiske indikatorer. Modellen ble brukt til å undersøke to ulike case med forskjellige grensebetingelser for storskala hydrogentransport.

Alt tatt i betraktning viser resultatene at NH3 er hydrogenbæreren mest egnet for maritim transport av ren energi i stor skala. Èn av årsakene til dette er den høye hydrogentettheten i NH3 som gir et lavt drivstofforbruk for frakt. I tillegg har transportkjeden til NH3 det laveste energiforbruket for energikonverteringsprosesser, noe som er understreket av sin høye eksergivirkningsgrad sammenlignet med LH2, LOHC.

The transition to a more environmentally-friendly world necessitates an energy carrier which may enable large transfers of carbon-neutral energy from one place to another. Hydrogen is one such energy carrier and can be transported by various hydrogen carriers such as liquid hydrogen (LH2), ammonia (NH3), and Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs). Eco-friendly hydrogen can be produced directly from electrolysis or from reforming natural gas with carbon capture and storage.

The aim of this thesis is to analyse concepts and systems for processing and marine transportation of hydrogen as an energy carrier. Three different hydrogen carriers were examined: LH2, NH3, and LOHC. A model was developed to evaluate the performance of each hydrogen carrier on the basis of different technical and economic indicators. The model was applied to two different case scenarios in order to capture a wide range of circumstances for hydrogen transport.

All things considered, the results indicate that NH3 is the hydrogen carrier most suited for large-scale marine transport of clean energy. The root cause for which is the high hydrogen density of NH3, yielding a low fuel consumption for shipping. Moreover, the NH3 transportation chain has the lowest energy consumption for processing, underscored by its high exergy-efficiency compared to that of LH2 and LOHC.