Vedyn soveltuvuus merirahtiliikenteen polttoaineeksi : energiatekninen vertailu LNG:n ja ammoniakin kanssa

Abstract

Meriliikenne on olennainen osa globaalia kaupankäyntiä ja merkittävä kasvihuonekaasupäästöjen lähde. Kiristyvät päästövähennystavoitteet luovat alalle tarpeen vähäpäästöisille polttoaineille. Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan vedyn soveltuvuutta merirahtiliikenteen polttoaineeksi. Lisäksi sitä vertaillaan energiateknisestä näkökulmasta LNG:hen ja ammoniakkiin. Työn tavoitteena on arvioida, miten hyvin vety täyttää merirahtiliikenteen polttoainevaatimukset. Lisäksi tarkastellaan vedyn rajoitteita ja etuja suhteessa muihin vaihtoehtoisiin polttoaineisiin. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena. Polttoaineita vertailtiin energiateknisten ominaisuuksien, turvallisuuden, varastoinnin ja päästöjen näkökulmista. Tarkastelu on rajattu rahtialuksiin ja vedyn osalta keskityttiin painemaiseen ja nestemäiseen vetyyn.

Tulosten perusteella vedyn suurin etu on käytönaikainen hiilidioksidipäästöttömyys. Lisäksi vedyn alempi lämpöarvo on hyvin korkea. Vedyn merkittävimpiä haasteita ovat alhainen energiatiheys tilavuutta kohden sekä vaativa varastointi ja jakelu. Vedyn infrastruktuuri on puutteellista ja vielä kehitysvaiheessa. LNG on nykyteknologialla kypsä ja laajasti käytössä maailmalla. Siihen liittyy kuitenkin fossiilisia- ja elinkaaripäästöjä. Ammoniakki on vähähiilinen vaihtoehto, mutta sen käyttöä rajoittavat myrkyllisyys ja tekniset haasteet. Ammoniakki voi toimia siirtymävaiheen ratkaisuna vedyn kehittymiseen ja halventumiseen saakka.

Työn perusteella vety on lupaava pitkän aikavälin vaihtoehto merirahtiliikenteessä, erityisesti lyhyillä matkoilla. Sen laajamittainen käyttöönotto on kuitenkin nykytilanteessa rajattua. Merkittävimpiä syitä ovat infrastruktuurin puute, varastoinnin ja turvallisuusvaati-musten haasteen ja vedyn korkeat tuotantokustannukset.

Maritime transport plays a major role in global trade and is a significant source of greenhouse gas emissions. Increasingly stringent emission reduction targets are creating a need for low-emission fuels in the sector. This bachelor´s thesis examines the suitability of hydrogen as a fuel for maritime shipping. It also compares hydrogen to LNG and ammonia from an energy technology perspective. The aim of the thesis is to assess how well hydrogen meets the fuel requirements of maritime shipping. Furthermore, the limitations and advantages of hydrogen are examined in relation to other alternative fuels. The study was conducted as a literature review. The fuels were compared in terms of energy-technical properties, safety, storage and emissions. The analysis is limited to cargo ships, and regarding hydrogen, the focus was on compressed and liquid hydrogen.

Based on the results, the greatest advantage of hydrogen is zero carbon dioxide emissions during use. In addition, hydrogen has a very high lower heating value. The most significant challenges associated with hydrogen are its low energy density per volume, as well as the demanding requirements for storage and distribution. Hydrogen infrastructure is inadequate and still in the development phase. LNG is mature with current technology and widely used around the world. However, it is associated with fossil fuel and lifecycle emissions. Ammonia is a low-carbon alternative, but its use is limited by toxicity and technical challenges. Ammonia can serve as a transitional solution until hydrogen becomes more developed and affordable.

Based on this study, hydrogen is a promising long-term option for maritime shipping, particularly for short distances. However, its widespread adoption is currently limited. The most significant reasons are a lack of infrastructure, challenges related to storage and safety requirements, and the high production cost of hydrogen.