Title: Comparative Life Cycle Assessment of a hydrogen fuel cell and diesel-powered high-speed passenger catamaran
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2779630Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Store utslipps kutt er nødvendig for å overvinne forventet vekst i skipsfartsindustrien. CO2-utslippene fra denne sektoren kan være s˚a mye som 2,5 gangerhøyere innen 2050 hvis ikke tiltak blir satt i gang (Smith et al. 2015). Uliketeknologier har blitt utforsket for ˚oa ønsket reduksjon. Et av alternativene som blir diskutert er Hydrogen. Hydrogen brenselceller er blittidentifisert som en utfordrer for ˚a drive hurtigb˚ater, da de kan gi kraft noktil at fartøyene kan kjøre med de nødvendige høye hastighetene. Brenselceller har lavere driftsutslipp enn vanlig forbrenningsmotor. Imidlertid m˚aoppstrøms utslipp vurderes.Denne Masteroppgaven er en sammenlignende livsløps analyse av en Hydrogen Brenselcelle- og en dieseldrevet høyhastighets passasjer katamaran.De to b˚atene som blir sammenlignet er begge karbonfiber sandwich-katamaraner.Modellen av dieselb˚aten er basert p˚a MS Terningen og MS Tyrhaug, disseb˚atene drifter ruten fra Trondheim til Kristiansund. Hydrogen-b˚aten erbasert p˚a en casestudie, der b˚aten Aero42H2 ble dimensjonert for ˚a driftesamme rute.LCA er en metode for ˚a vurdere miljøp˚avirkninger forbundet med alle faseri et produkts levetid. Fra utvinning av r˚avarer, gjennom prosessering av materialet, distribusjon, transport og produksjon, bruk, avhending eller gjenvinning av produktet. Hele kjeden.Denne Masteroppgaven kvantifiserer det sammenlignende LCA fotavtrykkettil en hydrogenbrenselcelle-drevet høyhastighets passasjer katamaran, kontra en konvensjonell dieseldrevet en. Prosesser som er moddelert er produksjonsfasen; Produksjon av skrog, interiør og eksteriør; maling, vinduer,sitteplasser, elektronikk. Produksjon av brenselceller, batterier og motorer,samt Hydrogen lagring i form av Hydrogen-tank. I tillegg inng˚ar direkteog indirekte utslipp i form av bruksfase med forbrenning og produksjon avDiesel, og produksjon av Hydrogen ved elektrolyse. End-of-life er utelatti denne studien. Videre er det utført en sensitivitetsanalyse av elektrisitettil Hydrogen produksjon, levetid p˚a brenselceller, batterier og motorer ogmotoreffektivitet / drivstofforbruk.Denne Masteroppgaven avslører at n˚ar det kommer til en norsk setting mednorsk elektrisitetsmiks, sl˚ar Hydrogen brenselcelle hurtigb˚aten den konvensjonelle Diesel hurtigb˚aten. Hydrogenb˚aten har totalt utslipp p˚a 657 kg CO2-ekv./Kryssing til sammenligning med den konvensjonelle Diesel Hurtigb˚atensom avgir 5396 kg CO2-ekv. /kryssing. For oppstrøms utslipp har imidler4tid Hydrogen Brenselcelle Hurtigb˚aten størst utslipp (50 kg CO2-ekvivalent/ kryssing) dette skyldes hydrogentanken samt produksjonen av batteri ogbrenselceller.Til slutt viser det seg at fokusomr˚ader for ˚a redusere miljøp˚avirkningene forHydrogen hurtigb˚aten er ˚a se p˚a produksjon og lagring av Hydrogen. For denkonvensjonelle diesel Hurtigb˚aten burde man fokusere p˚a omr˚ader forbundetmed utvinning og produksjon av fossilt brensel for ˚a redusere utslipp. Forbegge b˚atene viser Carbon sandwich skroget store utslipp i produskjonsfase,her kan det gjøres en vurdering i form av materialbruk. Big cuts are necessary to overcome expected growth in the shipping industry.The CO2 emissions from this sector could be as much as 2.5 times higher by2050 if measures are not taken(Smith et al. 2015). Different technologieshave been explored to facilitate the desired reduction. One of the optionsbeing discussed is hydrogen. Hydrogen Fuel cells(FC) have been identifiedas a contender for powering high speed passenger ferries, as they can providepower enough for the vessels to cruise at the required high speeds. FCshave lower operational emissions than usual combustion engines. Howeverupstream emissions need to be considered.This thesis presents a comparative Life Cycle Assessment(LCA) of a hydrogen fuel cell(FC) and diesel-powered high speed passenger catamaran. LCAis a method to assess environmental impacts associated with all the stagesof a product’s life from raw material extraction, through the processing ofthe material, the distribution, transport, and manufacture, use, disposal, orrecycling of the product. The whole chain. The two boats that are comparedare both carbon fiber sandwich catamarans. The model of the diesel boatis based on MS Terningen and MS Tyrhaug, these boats operate the routefrom Trondheim to Kristiansund. The hydrogen FC boat is based upon acase study, where the boat Aero42H2, a battery and hydrogen powered fastferry, was dimensioned to operate the same route.This thesis quantifies the comparative life cycle environmental footprint ofa hydrogen FC powered high speed passenger catamaran, versus a conventional diesel powered one. Processes accounted for are the production phase;Hull production, interior, and exterior; paint, windows, seating, electronics.Production of FC, batteries, and engines, and also Hydrogen storage in termsof a Hydrogen tank. In addition direct- and- indirect emissions in terms ofuse phase are included with the combustion and production of Diesel, andproduction of Hydrogen by electrolysis. End of life is omitted in this study.Furthermore, a sensitivity analysis in terms of the electricity for Hydrogenproduction, the lifetime of FCs, batteries, and Engines and of Engine efficiency/fuel use has been conducted.This thesis reveals that in terms of a Norwegian setting with Norwegianelectricity mix, the Hydrogen FC HSC beats the Conventional Diesel HSC,with the total emissions of 657 kg CO2-eq/crossing compared to the Conventional Diesel HSC which emits 5396 kg CO2-eq/crossing. However, Forthe upstream emissions, the Hydrogen FC HSC has the largest emissions (50kg CO2-eq/crossing) this is due to the hydrogen tank and the production of
battery and FCs. In the end, to reduce impacts for the Hydrogen FC HSC,the production and storage of Hydrogen are still the most pressing issues,for the Conventional Diesel HSC, the nerve is impacts associated with fossilfuel extraction and production. For both catamarans, the Carbon sandwichhull showed big emissions in the production phase, here a consideration ofthe material used could be examined.