Quantifiction of Norway’s domestic ship emissions using the MariTEAM model

Abstract

Sektoren for maritim skipsfart er en betydelig bidragsyter til globale klimagassutslipp, og står for nesten 3% av de totale menneskapte CO2 utslippene. Som respons på klimaendringene har det blitt satt ambisiøse mål av Paris Avtalen og av den Internasjonale Sjøfartsorganisasjonen, med mål om å holde den globale temperaturøkningen under 1.5°C og godt under 2°C og oppnå netto-null utslipp fra internasjonal skipstrafikk innen 2050. Oppnåelse av disse målene er avgjørende for å nå globale klimamål, men på grunn av forventet vekst i maritim handel blir målene stadig mer utfordrende. I denne master avhandlingen er det gjennomført en sammenligning av innenriks skipsfartsutslipp i 2017 mellom utslippsestimater rapportert i Norges nasjonale utslippsinventar for 2024 og utslippsestimater fremstilt av MariTEAM modellen. I tillegg til sammenligningen er potensiale for utslippsreduksjon ved bruk av alternative drivstoff og ombord karbonfangst (OCCS) systemer blitt utforsket.

To hovedtilnærminger er blitt brukt for å undersøke potensielle avvik mellom estimater rapportert es- timater og estimater fra MariTEAM. Den første tilnærmingen har fokus på å redegjøre for alle direkte utslipp fra skip innenfor Norges ekslusive økonomiske sone. Den andre tilnærmingen er basert på definisjonen for inneriks skipsfart definert i det nasjonale utslipssinventaret, hvor utslipp fra innenriks skipsfart kun er utslipp som forekommer mellom to norske havner. Funnene indikerer at regnskapet for alle utslipp innenfor Norges økonomiske sone gir 43% høyere utslipp enn rapporterte estimater. Havn til havn estimatene gir derimot over fem ganger lavere utslipp sammenlignet med rapporterte es- timater. Ved å sammenligne resultatene med andre offisielle sammenligninger av samme art fra DNV og IMO, gir tilnærmingen med utslipp innenfor Norges ekslusive økonomisk sone det mest realistiske avviket, i samsvar med konsensus i litteraturen. Havn til havn utslippene, mens de er i samsvar med definisjonen brukt i utslipssinventaret, gir verken forventede eller realistiske utslipssnivåer.

I tillegg til å vurdere konvensjonell tungolje og marin gassolje, har denne avhandlingen evaluert al- ternative drivstoff som amoniakk, flytende naturgass (LNG) og metanol. Resultatene viser at LNG gir den mest betydelige reduksjon i utslipp blant de alternative drivstoffene, til tross for merkbare metanutslipp. Ammoniakk, mens det betydelig reduserer CO2 utslipp, ble funnet til å øke totale utslipp på grunn av høye nivåer av N2O utslipp. Metanol viste kun marginale forbedringer i utslip- preduksjon sammenlignet med de konvensjonelle drivstoffene.

De mest lovende resultatene kom fra OCCS scenarioet, som viste betydelig reduksjon i totale utslipp, på bekostning av økte SOx utslipp, grunnet høyere drivstoffforbruk som kreves for å drive OCCS sys- temet. Avhandlingen konkluderer med at selv om alternative drivstoff og OCCS er lovende tiltak for utslippsreduksjons, så er det omfattende teknologiske og økonomiske utfordringer som må løses for å oppnå utbredt bruk. Videre understrekes det viktigheten av pågående vurderinger og forbedringer i metoder for utslippsestimering for å sikre nøyaktige og omfattende rapportering av maritime utslipp.

The maritime shipping sector is a significant contributor to global greenhouse gas (GHG) emissions, accounting for nearly 3% of total anthropogenic CO2 emissions. In response to climate change, the Paris Agreement and the International Maritime Organisation (IMO) have set ambitious emission reduction targets, pursuing effort at keeping global temperature rise below 1.5°C and well below 2°C and achieving net-zero GHG emission from international shipping by 2050. Achieving these targets is crucial for global climate goals but remains challenging due to the expected growth in maritime trade. In this thesis, a comparison between ship emissions estimates in 2017 reported in the 2024 Norwegian National Inventory Report (NIR) has been conducted using the state-of-the-art, ship emissions model MariTEAM. In addition to the comparison, the emission reduction potential of alternative maritime fuels and onboard carbon capture systems has been explored. Two primary approaches have been applied to investigate potential discrepancies between estimates reported in the 2024 NIR and esti- mates from MariTEAM. The first approach has focused on accounting for all tank-to-wake emissions from ships inside the Norwegian Exclusive Economic Zone (EEZ). The second approach is based on the definition of national sea traffic used in the NIR, where emissions from national sea traffic only encompass emissions occurring between two Norwegian ports. The findings indicate that accounting for all emissions within the Norwegian EEZ yields 43% higher emission compared to reported esti- mates. Conversely, the port-to-port approach drastically underestimates emissions, resulting in over five times lower emissions compared to the reported estimate. By comparing with other official evaluations of the same nature from DNV and IMO, the Norwegian EEZ approach yields the most realistic discrepancy, consistent with the consensus in the literature. The port-to-port emissions, while being consistent with the definition used in the NIR, yields neither expected nor realistic emission levels.

In addition to assessing conventional Heavy Fuel Oil (HFO) and Marine Gas Oil (MGO), this thesis has evaluated alternative fuels such as ammonia, Liquefied Natural Gas (LNG) and methanol. The results show that LNG provides the most considerable reduction in emissions among the alternative fuels, despite notable methane emissions. Ammonia, while notably reducing CO2 emissions, was found to increase the aggregated emissions due to high levels of N2O emissions. Methanol demonstrated only marginal improvements in emission reductions when compared to the conventional fuels.

The most promising results came from the OCCS scenario, which showed substantial reduction in overall emissions, at the cost of increased SOx emissions due to higher fuel consumption required to operate the OCCS system. The thesis concludes that while alternative fuels and OCCS are promising measures for emission reduction, there are significant technological and economic challenges that must be addressed to achieve large-scale adoption. Furthermore, this thesis underscores the importance of ongoing assessments and improvements in emission accounting methodologies to ensure accurate and comprehensive reporting of maritime emissions.