Mixing Hydrogen and Methane as Fuel for Ship Engines

Projekt:

Branschprogrammet hållbar sjöfart

Sammanfattning:
Sjöfartsindustrin står inför ett ökande tryck att minska sina utsläpp och uppfylla Internationella sjöfartsorganisationens mål om att uppnå nettonollutsläpp av växthusgaser till år 2050. En praktisk lösning för att minska utsläppen är att använda alternativa bränslen.
Hytan (HCNG) är ett bränsle bestående av en blandning av vätgas och metan, vilket skulle kunna vara ett alternativ till dagens användning av förvätskad naturgas. Det finns för närvarande inga studier som undersöker potentialen för HCNG att användas i
huvudmotorer inom sjöfartsindustrin.
Detta projekt utvärderar genomförbarheten av HCNG som ett alternativ till konventionella marina bränslen inom sjöfart för korta distanser, med fokus på tekniska och ekonomiska aspekter. Studien undersöker HCNG:s potential att minska CO2 utsläpp
och uppfylla utsläppsregler samt de modifieringar som krävs för logistik och lagring av väte och metan i nästa generations färjor (ombord eller i hamn). Utvärderingen omfattar olika blandningsförhållanden (grader av inblandning av vätgas), samt lämpliga platser för blandning och lagring inom befintlig infrastruktur.
Projektet inkluderar av de s.k. RoPax-färjornas nuvarande verksamhet på Gotlandsrutten mellan svenska östkusten och Gotland, tillsammans med motsvarande hamninfrastruktur,
som en fallstudie (RoPax är en färja för passagerare och rullande gods). Den tekniska analysen utforskar olika blandningsförhållanden (H2/CH4) och lagringsmöjligheter, både i
hamn och ombord, med fokus på bränslenas egenskaper och utmaningar. Den ekonomiska analysen uppskattar endast kostnader för att täcka bränslebehovet vid olika
blandningsförhållanden. Andra tekniska aspekter (vätgashantering och -logistik, vätgasutrustning och -insprutning, m.m. är inte inkluderade. Dock kan den ekonomiska analysen ge grundläggande och tillräckliga insikter). Projektet är i stort fokuserat på miljöoch klimatfördelar som uppnås av att använda grön vätgas tillsammans med metan under olika blandningsproportioner som drivmedel i sjöfart inom fallstudien.
Miljöanalysen är fokuserad på CO2ekv utsläppsminskningar som följd av ett bränslebyte.
Dessutom, inkluderas användningen av förnybart metan, d.v.s. en blandning av fossil etan, förnybart metan och grön vätgas för att minska både användningen av fossil drivmedel och koldioxidutsläpp. Olika källor för förnybar metan utvärderas för att uppnå en omfattande översikt av olika utsläpp då förnybar metan används som bränsle.
HCNG:s potential för utsläppsminskning för de undersökta blandningsproportionerna är begränsad, främst på grund av minskad volymetrisk energitäthet vid högre vätgaskoncentrationer, vilket kräver större bränslevolymer för att matcha energiinnehåll hos det bränsle som används idag, förvätskad naturgas.
Dessutom visar den tekniska och ekonomiska analysen att HCNG i nuläget inte är ett genomförbart alternativ till förvätskad naturgas. Det beror på det höga priset på grön vätgas, tekniska komplexiteten för vätgastransport och –lagring, samt avsaknaden avkommersiellt mogna tekniker.
En betydande kostnadsminskning av grön vätgas och robusta regleringar mot CO2-utsläpp skulle potentiellt kunna bana väg för tillämpningar av HCNG. En alternativ lösning är att använda förnybar metan i befintlig infrastruktur och befintliga fartyg.
I studien jämförs även växthusgasutsläpp från olika metankällor i en vätgas-metanblandning. Medan vätgaskällan förblir konstant påverkar metanets ursprung utsläppen avsevärt. Fossilbaserad metan resulterar i de högsta utsläppen, i genomsnitt 225 000 ton
CO2-ekvivalenter per år, följt av syntetisk metan på 180 000 ton. De lägsta utsläppen, 64 000 ton CO2-ekvivalenter, uppnås med biometan från gödsel och bioavfall. Detta understryker att metankällan, inte bara blandningsförhållandet, spelar en avgörande roll för utsläppsprestandan.

Länk till publikation i fulltext (pdf-fil, 3 128,8 kB. Öppnas i nytt fönster)

Författare: Ali Hedayati, Anders Hjort, Tomas Lönnqvist, Karl Jivén, Simon Mischke, Alia Oualid Hessissen, Basil P. Thomas, Zhiyuan Li
Utgivare: Ligthouse
Utgivningsdatum: 2025-04-01
Diarienummer: TRV 2019/27023
Antal sidor: 61
Språk: Engelska
Kontaktperson: Charlott Andersson, PLa1us