Estimating the replacement potential of offshore support vessels with zero-emission hydrogen solutions

Abstract

Denne oppgaven undersøker erstatningspotensialet for dagens offshore skipsflåte med hydrogen brenselscelleløsninger, med det formål å gå mot et nullutslippssamfunn i 2050. Målet om netto nullutslipp i 2050 er viktig for å redusere utslippene og gi verden en realistisk sjanse for å begrense den globale temperaturøkningen til 1.5 ℃. Skip er helt essensielle i dagens globalisering og har dermed også en nøkkelrolle i løsningen mot å nå nullutslippsmålene. Skipsfarten står imidlertid for store årlige klimagassutslipp og det er åpenbart at endringer er nødvendig for å snu situasjonen.

For å svare på problembeskrivelsen ble det etablert en systematisk tilnærming for å analysere kravene som stilles til fartøyene i offshoremarkedet. Å sammenligne disse kravene med den teoretiske seilingsdistansen for ulike hydrogenløsninger vil gi en indikasjon på hvor realistisk det er å bruke hydrogen som drivstoff. Operasjonsmønstrene blir identifisert ved å bruke AIS data og den teoretiske seilingsdistansen blir beregnet ved å se på energiforbruket, drivstoffeffektiviteten og lagringsegenskapene til de ulike løsningene. Antagelser rundt infrastrukturen til hydrogen og fartøysdesign er basert på realistiske framtidsscenarier fra litteraturstudien.

Resultatene avslørte at det ligger et stort potensiale i å bruke brenselsceller og hydrogen som fremdrifstmiddel i OSV'er. Spesielt PSV'ene skilte seg ut som den typen som egnet seg best, og flytende hydrogen lagret på -252 ℃ viste seg å være den løsningen med høyest realiserbarhet. Dette betyr at offshorefartøyene kan bidra til store utslippskutt mot et nullutslippssamfunn i 2050, gitt at antagelsene om infrastruktur gjelder. Videre arbeid bør fokusere på økonomien knyttet til bruk av brenselsceller og hydrogen i skip. Siden teknologien er relativt ny og kompleks vil den mest sannsynlig være kostbar. For å gjøre overgangen til hydrogendrift lønnsom bør den bli billigere og mer praktisk anvendbar i fremtiden.

This thesis investigates the replacement potential of today's offshore support vessels (OSVs) with hydrogen fuel cell (FC) solutions to move towards a zero-emission society by 2050. The net-zero goal is crucial for reducing emissions and giving the world a fair chance of restraining the global temperature rise by 1.5 ℃. Ships are essential in today's globalization, thus also a vital part of the solution to achieving the zero-emission targets. However, shipping accounts for significant annual greenhouse gas emissions, and it is evident that amendments are necessary to turn the situation.

A systematic approach is established to analyze the demand placed on the vessels operating in the offshore market. Comparing this with a theoretical sailing range for various hydrogen FC solutions will exhibit applicability. The operating patterns are gathered using data from the automatic identification system (AIS), and the theoretical sailing range is calculated by analyzing power consumption, fuel efficacy, and storage characteristics. Assumptions regarding hydrogen infrastructure and vessel design are based on reasonable future scenarios from the literature review.

The results revealed a great potential for hydrogen FC propulsion for OSVs. Especially platform supply vessels (PSVs) emerged as one of the OSV types with the most significant potential, where liquid hydrogen stored at -252 ℃ proved to be the solution with the best applicability. This implies that the offshore vessels can make substantial emission reductions toward a zero-emission society by 2050, provided that the assumptions regarding infrastructure are applicable. Future research should look more into the hydrogen FC conversion cost, as the technology is immature and with several barriers to overcome. In order to make the transition profitable, it should be more cost-effective and practically feasible in the future.