Comparative study of alternative energy carriers for a low emission purse seiner/pelagic trawler

Global oppvarming og det grøne skiftet er på agendaen verda over. Myndighetar og internasjonale organisasjonar introduserer ulike reguleringar og insentiv for å betre prestasjonen til grøne løysingar. Trass usikkerheita så er situasjonen ein pådrivar for innovasjon av grøne løysingar, med både dei Norske Myndighetane og IMO som sett ambisiøse reduksjonsmål for framtida. Fiskeri er ein viktig eksportindustri i Noreg med eit betydeleg reduseringpotensial for Noregs totale CO2-utslepp. Basert på den relative miljøpåverkinga ulike steg i verdikjeda for fiskeprodukt har, så er bruken av drivstoff ein av dei større bidragsytarane som igjen gjer det til ei god kjelde for reduksjonspotensiale. Denne oppgåve undersøker implementering av alternative energiberarar i ein snurpar/pelagisk trålar gjennom eit komparativ studie og vidare undersøking av den beste alternative løsyinga. Dei alternative energiberarane bedømt er hydrogen, ammoniakk og metanol. LNG og MDO er inkludert som ein referanseindeks. Basert på argumentet om å behalde fleksibilitet med tanke på fylling av drivstoff så er alle dei tre alternative drivstoffa antatt forbrent i ein forbrenningsmotor dreven med kombinert drivstoff. Desse motorane treng ein viss mengde pilotdrivstoff avhengig av drivstoffet, noko som gjer løysingane låg-utslepp og ikkje null-utslepp. Oppgåva undersøker implementeringa av dei alternative energiberarane i eit referansefartøy gjennom eit komparativ studie, med eit fokus på det tekniske, miljømessige og finansielle. Snurparar/pelagiske trålarar har høge krav for rekkevidde og kraft. Implementeringa av dei alternative energiberarane er derfor meir utfordrande grunna lågare energitettleik. Den tekniske delen av tilfellestudiet avdekka at ei forlenging er naudsynt for drivstoffa som krevjar lagring i ein trykksett tank (type C), om den same lagringskapasiteten for fisk skal behaldast. Dette gjeld for LNG, flytande hydrogen og ammoniakk, medan metanol er i stand til å lagrast i dei konvensjonelle tankane til referansefartøyet og samtidig møte kravet for rekkevidde. Miljøprestasjonen blir undersøkt gjennom ein konverteringsmetode for livsløpseffektvurdering med namn ReCiPe2016H. Utslepp av karbondioksid (CO2), metan (CH4), lystgass (N2O), nitrogenoksid (NOx), svoveloksid (SOx) og partikkelmaterie (PM) til atmosfæren er inkludert, både for produksjon og operasjon. Prestasjonen blir vurdert for Midpoint og Endpoint. Flytande hydrogen, ammoniakk og metanol er drivstoffa med lågast total potensiell miljøeffekt ved Endpoint når dei er produsert på ein fornybar måte, med metanol som presterer best. Det er og tydeleg at det ikkje noko miljømessig gevinst ved å innføre naturgassbaserte alternative drivstoff med LNG som referanseindikator. Rangeringa baserast på dei ulike drivstoffa implementert i referansefartøyet med ein generell årleg operasjon. For å gjennomføre den økonomiske vurderinga blir ein analyse av livsløpskostnadar tatt i bruk. Ved å definere CAPEX, OPEX og VOYEX for dei ulike drivstoffløysingane implementert i referansefartøyet, blir ein livsløpskostnad (LCC) estimert for to ulike tilfeller: - Tilfelle 1: Eit notidsscenario med dagens skatting av utslepp og drivstoffprisar for 2020 - Tilfelle 2: Eit framtidsscenario med auka skatting av utslepp og drivstoffprisar for 2030 Begge tilfella avdekkjer signifikante livsløpskostnadar for dei alternative drivstoffa samanlikna med LNG og MDO, grunna ein stor differanse i drivstoffkostnad. Den planlagde auken i utsleppsskatt og framtidige estimerte prisar for grøne drivstoff er ikkje nok til auke konkurransekrafta for alternative drivstoff til eit naudsynt nivå nivå samanlikna med dei tradisjonelle. Ei fleirkriteriebasert avgjerdsanalyse er gjennomførd basert på eit sett med kriterium som dekkjer miljøeffekt, teknisk modning, økonomi og sikkerheit. Dei ulike kriteria er vekta basert på ein redar som interessent. Det resulterer i at tradisjonelle drivstoff presterer betre enn alternative, medan grønn ammoniakk presterer best av dei alternative. Ein sensitivitetsanalyse blei gjennomførd med blant anna Myndigheitene som ein interessent, grunna redarar si høge vektlegging av det økonomiske aspektet. Dette resulterer i ei motsett rangering, med dei alternative drivstoffa som betre enn dei tradisjonelle og grønn ammoniakk på topp. Basert på resultata frå avgjerdsanalysa, undersøkjer oppgåva vidare ulike ammoiakk-konsept basert på driv- stoffmiksen. Konsepta har ein ammoniakkandel i drivstoffmiksen på høvesvis 70%, 90% og 95%. Tilfellestudiet avdekkjer at dei forskjellige konsepta er i stand til å kutte utsleppet av drivhusgassar med deira respektive ammoniakkandel. Ein forbetra miljøprestasjon vil derimot auke livssykluskostnaden grunna eit høgare forbruk av ammoniakk. Ei designvurdering med fokus på sikkerheit blir også gjennomførd for ammoniakk. Hovudfokuset når ein implementerer ammoniakk er å unngå lekkasjar av ammoniakk og minimisere potensielle konsekvensar av ein potensiell lekkasje. For å sikre ein trygg implementering av ammoniakk som drivstoff kan mange av dei same sikkerheitsprinsippa for LNG bli brukt. Den største skilnaden er giftigheita til ammoniakk som fører til strengare reguleringar for ventilering og krav om å definere giftsonar på dekk, alt for å sikre trygg operasjon for personell. Oppgåva konkluderar med at ammoniakk presterer best av dei grøne alternativa, men ikkje er realistisk basert på økonomi. Ei løysing er derfor å designe nye fartøy ammoniakk-tilrettelagd. Dette betyr at fartøyet er designa for LNG, men det er tatt høgde for framtidige krav og reguleringar for ammoniakk i designprosessen. Å operere på LNG vil redusere utslepp til ein viss grad i nær framtid, medan ein opprettheld ein god økonomisk operasjon. Fartøyet er også i stand til å skifte til ammoniakk ved relativt små modifiseringar og dermed oppnå større utsleppsreduksjon som oppfyll Myndigheitene sitt mål for 2030, skulle drivstoffprisen søkke til eit tilstrekkeleg lågt nivå. Denne alternative løysinga vil senke investeringsrisikoen samanlikna med eit vanleg LNG-fartøy og krev berre ein liten ekstra investeringskostnad. Ei utfording er då den reduserte rekkevidda ein får ved å bytte ut eit gitt volum LNG med ammoniakk