Kustannustehokkaat päällyskasvuston hallintastrategiat laivaliikenteessä: lähestymistapana Bayes-verkko

Päällyskasvuston kertyminen laivojen rungoille on merkittävä ongelma sekä laivayhtiöille että ympäristölle. Päällyskasvusto laivan rungolla lisää kitkaa, jolloin aluksen polttoaineen kulutus kasvaa. Tämä puolestaan lisää polttoainekustannuksia ja laivaliikenteen päästöjä. EU:n meriliikenne liitetään EU:n päästökauppajärjestelmään vuonna 2024, jolloin laivayhtiöiden on jatkossa maksettava hiilidioksidipäästöistään. Tämä luo yhtiöille lisää taloudellisia kannustimia päällyskasvuston hillitsemiseen. Päällyskasvuston kertymistä rungoille ehkäistään laivojen rungoille laitettavilla pinnoitteilla ja aluksen vedenalaisten osien puhdistuksella. Pinnoitetyyppejä ovat biosidipinnoitteet, likaantumisen irrotuspinnoitteet (foul release -pinnoitteet) ja kovat pinnoitteet. Vaikka päällyskasvusto laivojen rungoilla on monin tavoin haitallista, sen hallintaa koskevaa kansainvälistä sääntelyä ei tällä hetkellä ole. Jotta merenkulkua voidaan tulevaisuudessa kehittää entistä kestävämmäksi, on tärkeä ymmärtää tätä aihepiiriä kokonaisvaltaisesti. Tässä tutkielmassa analysoin aihetta kehittämällä olemassa olevaa Bayes- verkkopohjaista päätöksenteon analysointimallia. Malli on tarkoitettu vaihtoehtoisten päällyskasvustojen hallintastrategioiden vaikutusten tutkimiseen. Tutkielmassani keskityn kustannuksiin, joita laivayhtiöille aiheutuu päällyskasvustosta ja sen hallinnasta. Nykyisellä mallilla voidaan tarkastella pinnoittamisen ja puhdistuksen odotettuja kustannuksia sekä odotettuja polttoainekustannuksia. Tutkielmassani lisään malliin päästöoikeuskustannukset ja epävarmuutta polttoaineen hintoihin. Työni tavoitteena on selvittää, muuttavatko nämä lisäykset erilaisten päällyskasvuston hallintastrategioiden kannattavuutta. Hypoteesini on, että kun päästöoikeuskustannukset ovat mukana mallissa, laivayhtiöiden tulisi lisätä laivan rungon puhdistuksia minimoidakseen päällyskasvustosta ja sen hallinnasta aiheutuvat kustannukset. Tutkimuksessa ilmeni, että kustannustehokkain pinnoitetyyppi yleisrahtialukselle ja tankkerille on likaantumisen irrotuspinnoite. Matkustaja-aluksen kohdalla kustannustehokkuus riippuu pinnoitteen iästä. Biosidipinnoite on kustannustehokkain vaihtoehto, kun pinnoitteiden ikä on kaksi vuotta. Lisäykseni olemassa olevaan malliin eivät muuttaneet tätä tulosta. Tuloksista ilmeni myös, että meriliikenteen liittäminen EU:n päästökauppajärjestelmään lisää päällyskasvuston aiheuttamia kustannuksia. Tästä huolimatta hypoteesini kumoutui, koska päästöoikeuksien kustannusten sisällyttäminen malliin ei johtanut siihen, että laivayhtiöiden kannattaisi lisätä laivan rungon puhdistuksia. Polttoaineiden hintoihin tehdyt muutokset johtivat itse asiassa puhdistuskertojen vähenemiseen joidenkin alustyyppien kohdalla. Tämä ei johdu kuitenkaan hintoihin lisätystä epävarmuudesta, vaan siitä, että käyttämäni polttoaineiden hintajakaumat johtivat alkuperäistä mallia alhaisempiin odotettuihin polttoainekustannuksiin. Tutkimustuloksissa korostuu, että polttoainekustannuksilla saattaa olla ratkaiseva vaikutus siihen, onko päällyskasvuston hallinnan tehostaminen laivayhtiöille kannattavaa tulevaisuudessa.The accumulation of biological material, i.e., biofouling, on ship`s hulls is a significant issue both for the shipping companies and the environment. Biofouling on a ship`s hull increases friction, leading to increased fuel consumption and hence, an increase in the fuel costs and emissions from shipping. Furthermore, the EU maritime traffic will be included in the EU Emissions Trading System in 2024, meaning that shipping companies must pay for their carbon dioxide emissions. This creates an additional economic incentive for the companies to prevent biofouling. The main methods for preventing biofouling on a ship`s hull are different coatings and possible in-water cleaning of the coated surfaces. The coating types include biocidal coatings, fouling release coatings, and hard coatings. Despite the notable problems from biofouling, there is currently no international regulation concerning biofouling management of shipping companies. A holistic understanding of this complex issue is needed to develop more sustainable shipping in the future. In this thesis, I analyze this topic by further developing an existing Bayesian network model, which is a decision tool for examining the outcomes from different biofouling management strategies. My focus on the topic is the costs of shipping companies from biofouling and its management. The existing model concerns the costs of coating, in-water cleaning, and fuel consumption. In this thesis, I add emission allowance costs and uncertainty to the fuel prices in the model to study whether these additions would change the profitability of different biofouling management strategies. My hypothesis is that to minimize the costs of biofouling and its management, shipping companies should increase the in-water cleaning times when the emission allowance costs are included in the model. The study revealed that the most cost-effective coating type, for a general cargo ship and a tanker, is a fouling release coating. For a passenger ship, the cost-effectiveness depends on the age of the coating, but a biocidal coating is the most cost-effective option when the age of the coatings is two years. My additions to the existing model did not change the result concerning the cost-effectiveness of the coating types. The results also revealed that the future inclusion of maritime transport to the EU Emissions Trading System will increase the costs of shipping companies from biofouling. Despite this, my hypothesis got rejected since the inclusion of the emission allowance costs did not lead to increased in-water cleaning times. My changes in the fuel prices led to a decrease in the in-water cleaning times, for some ship types, compared to the original model. This is not due to the uncertainty itself but because the fuel price distributions, which I used, led to lower expected fuel costs than in the original model. The study highlights that fuel costs might be one of the most important factors in determining whether enhanced biofouling management will be profitable for shipping companies in the future