A techno-economic assessment of operating a deep-sea hydrogen-driven chemical carrier.

Abstract

For å møte FNs mål for bærekraftig utvikling så fokuserer stater og internasjonale organisasjoner på å gi insentiver til selskaper for å redusere utslippene sine. Et effektivt virkemiddel er å knytte utslippene opp mot selskapets kostnader ved å introdusere en skatt på CO2. Det er derfor viktig for shippingselskaper å finne nye løsninger som kan være med på å redusere utslippene deres. Rotårsaken for utslippene er fossilt drivstoff som skipene seiler med i dag. Det å finne nye drivstoffkandidater er en mulighet til å kunne kutte utslippene helt eller redusere dem betydelig. For deep-sea shipping er hydrogen en god mulighet siden batterier ikke er konkurransedyktige for dette segmentet.

I dette prosjektet undersøkes muligheten for å operere en hydrogendrevet kjemikalietanker som seiler over Atlanterhavet. Både fra et operasjonelt og design perspektiv.

Alle studiene i prosjektet er basert på en eksisterende trade med en eksisterende kjemikalietanker som informert av Stolt Nielsen, inkludert data som operasjonsprofil, HFO forbruk og skipsdata.

Prosjektet består av tre hovedstudier, lage en ruteuavhengig modell for drivstofforbruket til skipet, et operasjonsstudie, og et general arrangement studie.

Fra et operasjonelt perspektiv så er spørsmålene som skal bli besvart mengden av hydrogen som kreves ombord, power ratingen til brenselcellesystemet, indentifisere havner hvor hydrogen bunkrings infrastruktur kan bli utviklet, og bestemme break-even prisen for hydrogen for å se om det er konkurransedyktig fra et økonomisk perspektiv.

Resultatene fra operasjonsstudiet vil være grunnlaget for arrangement studiet. I prosjektet så er et forslag for tank arrangement og brenselcellesystem identifisert for a være sikker på at det er mulig å lagre nok hydrogen ombord og at det er mulig å installere nok brenselceller på skipet.

Dette prosjektet viser at hydrogen er en god kandidat for deep-sea kjemikalieshipping. En hybrid løsning er den beste muligheten i dag siden dette vil la skipet seile over 60% av en trans-Atlantisk leg under de fleste omstendigheter uten å måtte redusere lastekapasiteten. Hvis skipet skal seile på rent hydrogen så må det plasseres minst 10 tanker ombord. Dette prosjektet viser at det er mulig å plassere minst åtte tanker på dekk uten å måtte redusere kapasiteten til skipet.

Prosjektet viser også at antallet brenselceller ombord ikke er den begrensende faktoren. Det som begrenser gjennomførbarheten, er antallet drivstofftanker som kan bli plassert ombord.

I dag er også bunkringsmuligheter en begrensning for muligheten for å operere en hydrogendrevet kjemikalietanker. Prosjektet har indentifisert at hydrogen bunkringsmuligheter må bli utbygget i Port of Houston og Port of Antwerp før det er mulig å operere skipet.

For at hydrogen skal være konkurransedyktig så har dette prosjektet funnet ut at dagens pris for grønn hydrogen må reduseres med rundt 65%.

To meet the United Nations Sustainable Development Goals (UNSDG), states and international authorities are motivating companies to reduce their emissions. An effective measure is to equate emissions to a cost for the companies by introducing CO2 taxes. It is therefore of great interest to shipping companies to find potential solutions to reduce their emissions, and thereby the cost. The root cause of the emissions is the fossil fuels the ships are sailing on today. Finding new potential fuels is an opportunity to remove completely or reduce the emissions during operation. For deep-sea shipping hydrogen is a promising candidate as batteries are not applicable.

This project is determining the feasibility of operating a liquid hydrogen driven chemical carrier sailing across the Atlantic Ocean. Both from an operational and design perspective.

All studies are based on an existing trade with an existing conventional chemical carrier as informed by Stolt Nielsen, including data such as operation profile, HFO consumption and reference ship data. This base case is used as reference for all presented results.

The project is consisting of three main studies, the creation of a route independent fuel consumption model, an operational study and a general arrangement study.

From an operational perspective the questions to be answered are the required amount of on-bord LH2 storage, the power rating of the fuel cell system, identifying potential bunkering ports and determine the break-even price of hydrogen.

Results from the operational study will serve as the basis for the design phase. A suggested tank arrangement and fuel cell system is identified to make sure that it is possible to fit enough fuel tanks and fuel cells on-board the vessel.

The project shows that there is a good potential for the application of hydrogen as fuel for deep-sea chemical shipping. Currently a hybrid option is the best solution as this would allow the vessel to sail over 60% of trans-Atlantic legs under most circumstances without reducing payload capacity. If the vessel should be run on pure hydrogen it would require at least 10 fuel tanks installed. This project shows that it is possible to store 8 tanks on the deck of the vessel without compromising on its capacity.

Furthermore, it shows that there is not a restriction related to the feasibility of installing a high enough power rating for the fuel cell system to power all the loads on-board. The limitation lays in the amount of hydrogen that can be stored on the ship.

As of today, bunkering opportunities are also a limitation for the feasibility of hydrogen driven chemical carriers. The project has identified that hydrogen bunkering infrastructure must be built in the Port of Houston and the Port of Antwerp before it is viable to operate the vessel.

To make hydrogen economically competitive compared to the conventional fuels the project has found that the current green hydrogen price would require to be reduced with approximately 65%.