Green hydrogen in maritime shipping along the Norwegian coast - A Scenario-Based Lide Cycle Assessment

Abstract

Den pågående innsatsen for å redusere global oppvarming i den maritime sektoren er ikke tilstrekkelig for å oppnå netto nullutslipp innen 2050. Denne oppgaven ser på implementering av grønne hydrogen-verdikjeder langs kysten i Norge med hensyn til forventet økning i drivstoff-etterspørsel, rollen til ulike norske havner, og forventet ubalanse i strømnettet i fremtiden. Data fra MariTEAM-modellen, et verktøy for å kalkulere drivstoffbehovet i skip, tillot et flåteperspektiv som inkluderer skipstyper av ulike tekniske egenskaper og ulik energibruk. Metoden innlemmer livsløpsanalyse, mulighetsstudie og sensitivitetsanalyse, og sammenligner resultatene med eksisterende kunnskap på feltet og antatt utvikling av slike verdikjeder for hydrogen i fremtiden.

Resultater fra livsløpsanalysen indikerer at skipsfart basert på hydrogen kan føre til betydelig utslippskutt, og være innenfor de utslippskravene som forventes i fremtiden, noe som blir av økende betydning da sektoren forventes å vokse i fremtiden. Hydrogen basert på norsk strøm kan redusere utslippene i flåten med over 80%, men en betydelig utvikling av havvind i Nordsjøen i fremtiden kan redusere utslippene ytterligere. I tillegg anbefales det å forbedre den teknologiske ytelsen av elektrolysører, brenselsceller, og ta bedre valg i materialbruken ved produksjon av vindturbinene. I et mellomlangt til langt perspektiv kan hydrogen dekke store deler av det marine drivstoffsalget, men det kreves også utvikling av andre alternativer for å dekke all etterspørsel. Implementering av hovedhavner for hydrogenproduksjon og fylling for skip langs kysten i Norge kan potensielt kreve store arealer og store mengder med strøm, men kan også skape betydelige verdier og plassere Norge i en sentral rolle i et fremtidig europeisk hydrogenmarked.

Current efforts to reduce global warming in the shipping sector, are not sufficient to reach net-zero emissions by 2050. This thesis presents a discussion on the implementation of a clean hydrogen value chain in coastal areas in Norway, considering the predicted increase in maritime fuel demand, the role of Norwegian ports, and the future imbalance in demand and production of electricity. Data from the MariTEAM model, a tool that calculates ships fuel demand, allowed a fleet perspective that includes variations in ship characteristics and fuel demand of different ship types. The analysis integrated the methods of Life Cycle Assessment, feasibility analysis, and sensitivity analysis, and compare the results with state-of-the-art knowledge and future predictions in the topic of hydrogen value chains.

The results from the impact assessment indicate that short- to medium-sea shipping between coastal ports can reduce emissions significantly compared to conventional fuels, below predicted future emission limits, which will become increasingly important as the shipping sector is expected to grow. Hydrogen from on-grid electricity can potentially reduce emissions by over 80%, with further reductions possible through ramp up of offshore wind in the North Sea. Improving technological performance within the electrolysis, fuel cells, and material used in wind turbines, can also lower emissions of hydrogen value chains. In the medium to long term, hydrogen can cover large shares of fuel sales, but additional development within other fuel alternatives is required to cover all marine fuel demand. Developing some main hubs for hydrogen production and fueling in ports along the Norwegian coastline requires large areas and large amounts of electricity, but can also create large values, and place Norway in a key role in the future European hydrogen market.