Comparative Life Cycle Assessment of a Diesel Electric and a Battery Electric Ferry

Abstract

Abstract The maritime transport sector contributes to emissions of greenhouse gases (GHGs) and global warming. Mitigation strategies are needed to limit the climate changes on Earth. One possible measure is electrification of ferries. To investigate the environmental performance of such a strategy, life cycle assessment (LCA) is a suitable tool because it covers multiple life cycle phases and potential environmental impacts. This thesis presents a comparative LCA of a diesel electric and a battery electric ferry using real construction, operational and weather data. Indicators assessed comprise global warming, resource depletion, ecotoxicity, human toxicity, eutrophication, ionising radiation, particulate matter and photochemical oxidant formation, terrestrial acidification and land occupation and transformation, as well as total emissions of carbon dioxide, methane, nitrous oxide, nitrogen oxide, particulate matter and sulphur oxide. All activities from raw materials extraction to end of life treatment are included, and the operational phase was modelled using a vessel simulation tool applying automatic identification system (AIS) and weather data. Results indicate that replacing diesel electric ferries with battery electric ferries may considerably reduce climate change impacts as well as other environmental burdens due to the avoided diesel production and combustion. However, battery electric ferries are disadvantageous compared to diesel electric ferries in terms of certain environmental impacts mainly due to additional construction and electricity production. This thesis contributes to current literature with a detailed inventory and a robust simulation of the ferry operation, and provides an extended understanding of the environmental performance of electric ferries.

Sammendrag Maritim transport bidrar til utslipp av drivhusgasser og global oppvarming. Klimastrategier er nødvendige for å begrense klimaendringene på jorden. Et mulig tiltak er elektrifisering av ferger. For å undersøke miljøeffekter av å implementere en slik strategi, er livssyklusanalyse (LCA) et passende verktøy fordi det dekker flere livssyklusfaser og mulige miljøpåvirkninger. Denne avhandlingen presenterer en sammenlignende LCA av en dieselektrisk og en batterielektrisk ferge ved bruk av ekte konstruksjons-, drifts- og værdata. Indikatorer vurdert omfatter global oppvarming, ressursnedbrytning, økotoksisitet, menneskelig toksisitet, eutrofiering, ioniserende stråling, dannelse av partikler og fotokjemiske oksidanter, terrestrisk forsuring, landokkupasjon og -transformasjon, og i tillegg totale utslipp av karbondioksid, metan, dinitrogenoksid, nitrogenoksid, partikler og svoveloksid. Alle aktiviteter fra utvinning av råmaterialer til behandling på slutten av levetiden er inkludert, og driftsfasen er modellert ved å anvende et fartøyssimuleringsverktøy som bruker data fra automatiske identifikasjonssystemer (AIS) og værdata. Resultatene indikerer at å bytte ut dieselelektriske ferger med batterielektriske ferger kan redusere klimaendringer og flere andre miljøbelastninger betraktelig fordi produksjon og forbrenning av diesel unngås. På den annen side er batterielektriske ferger ufordelaktige sammenlignet med dieselelektriske ferger med tanke på andre miljøpåvirkninger knyttet til hovedsakelig ekstra konstruksjon og elektrisitetsproduksjon. Denne avhandlingen supplerer nåværende litteratur med et detaljert inventar og en robust simulering av fergedriften, og tilbyr en utvidet forståelse av miljøprestasjonen til elektriske ferger.