Alternative fuels for Swedish short sea shipping and inland waterways: Techno-economic study

Climate change is raising huge challenges for all industries worldwide. It is mainly due to anthropogenic activity and energy consumption which is the cause for emissions of greenhouse gas (GHG) among other environmental impacts and is expected to have huge impact on our societies globally. Of those global GHG emissions, around a quarter is emitted by transportations of all kinds as transportation relies heavily on fossil fuels. If the past years have seen a rising share of electrification within the passenger car industry, the commercial transportation isn’t that prone to electrification and other pathway to decarbonization are studied. Shipping is responsible for around 90% of the world commercial transportation work and therefore is a keyplayer in the transition toward low carbon transportation. It relies exclusively on fossil fuels with different kinds of oil-based fuels being the historical fuel suppliers and has seen a quick increase of the share of liquefied natural gas (LNG) in the past decade. Yet the international maritime organization (IMO) has set ambitious emission reduction targets for shipping and alternative fuel technologies are considered to be a relevant pathway if not the most promising pathway to low carbon or even zero carbon shipping. This study aims at evaluating and comparing different alternative fuels pathways available to perform the shift toward low carbon fuel technologies within Swedish short sea shipping (SSS) and inland waterway transportation (IWT) based on a set of criteria designed to reflect all aspects of the implementation of an alternative fuel pathway implementation. Those criteria are divided into 5 different categories which are technological, technical, economic, environmental, and finally social. There are 2 main categories to consider for low carbon fuels, biofuels and electrofuels. Fossil fuels are also included within the study so that the alternative pathways get compared not only with one another but also with the current marine fuels. The first comparison between different alternative fuel pathways is relevant to choose the most promising and feasible one while the comparison between a chosen alternative fuelpathway and the main marine fossil fuels is what stakeholders will look at when considering an alternativefuel pathway implementation challenge. The electrofuels included within the comparison are ammonia and hydrogen within 2 similar pathways which include production using water electrolysis and renewableelectricity (the carbon intensity of the Swedish grid is considered) before consumption within fuel cells (FC)instead of internal combustion engines (ICE). Those electrofuels end up with the last ranks within the comparison due to low technological maturity, technical and economic challenges remaining and social issued to address despite being the most environmentally promising pathways. Biofuel’s pathways on the other hand include both fischer tropsch diesel (FTD) and bio-methanol production using as feedstock various mixes of black liquor (BL) andpyrolysis oil (PO). FTD ends up as the most promising alternative fuel pathway within the whole studywhile bio-methanol appears more challenging but also more promising toward environmental criteria.Klimatförändringarna innebär stora utmaningar för alla branscher världen över. Den beror främst på antropogen aktivitet och energikonsumtion som orsakar utsläpp av växthusgaser bland andra miljöeffekter och förväntas få stora konsekvenser för våra samhällen globalt. Av de globala utsläppen av växthusgaser kommer omkring en fjärdedel från alla typer av transporter, eftersom transporterna är starkt beroende avfossila bränslen. Under de senaste åren har man sett en ökande andel elektrifiering inom personbilsindustrin,men kommersiella transporter är inte lika benägna att elektrifieras och andra vägar till avkolning studeras. Sjöfarten står för cirka 90 % av världens kommersiella transportarbete och är därför en nyckelspelare i övergången till koldioxidsnåla transporter. Den är uteslutande beroende av fossila bränslen med olika typer av oljebaserade bränslen som historiska bränsleleverantörer och har sett en snabb ökning av andelen flytande naturgas (LNG) under det senaste decenniet. Internationella sjöfartsorganisationen (IMO) har dock fastställt ambitiösa mål för minskning av utsläppen för sjöfarten, och tekniker för alternativa bränslen anses vara enr elevant väg, om inte den mest lovande, för att uppnå en sjöfart med låga koldioxidutsläpp eller till och med utan koldioxidutsläpp. Syftet med denna studie är att utvärdera och jämföra olika alternativa bränslen som finns tillgängliga för att genomföra övergången till bränsleteknik med låga koldioxidutsläpp inom svensk närsjöfart (SSS) och transport på inre vattenvägar (IWT) utifrån en uppsättning kriterier som är utformade för att återspegla alla aspekter av genomförandet av en alternativ bränslesatsning. Dessa kriterier är indelade i fem olika kategorier som är tekniska, tekniska, ekonomiska, miljömässiga och slutligen sociala. Det finns två huvudkategorier att ta hänsyn till när det gäller bränslen med låga koldioxidutsläpp, nämligen biobränslen och elektrobränslen. Fossila bränslen ingår också i studien så att de alternativa vägarna inte bara jämförs med varandra utan också med de nuvarande marina bränslena. Den första jämförelsen mellan olika alternativa bränslevägar är relevant för att välja den mest lovande och genomförbara, medan jämförelsen mellan en vald alternativ bränsleväg och de viktigaste marina fossila bränslena är vad intressenterna kommer att titta på när de överväger att genomföra en alternativ bränsleväg. De elektrobränslen som ingår i jämförelsen är ammoniak och vätgas inom två liknande vägar som omfattar produktion med hjälp av vattenelektrolys och förnybar el (det svenska elnätets koldioxidintensitet beaktas) innan de förbrukas i bränsleceller i stället för i förbränningsmotorer. Dessa elektrobränslen hamnar på de sista platserna i jämförelsen på grund av låg teknisk mognad, återstående tekniska och ekonomiska utmaningar och sociala problem som måste lösas, trots att de är de miljömässigt mest lovande vägarna. Biobränslevägar omfattar å andra sidan både fischer tropsch diesel(FTD) och produktion av biometanol med olika blandningar av svartlut (BL) och pyrolysolja (PO) som råmaterial. FTD är den mest lovande alternativa bränslevägen i hela studien, medan bio-metanol verkar vara en större utmaning men också mer lovande när det gäller miljökriterier