AIS-Based Estimation of Hydrogen Demand and Self-Sufficient Fuel Supply Systems for RoPax Ferries

The International Maritime Organization (IMO) established new strategies that could lead to a significant reduction in the carbon footprint of the shipping sector to address global warming. A major factor in achieving this goal is transitioning to renewable fuels. This implies a challenge, as not only ship-innovative solutions but also a complete low-carbon fuel supply chain must be implemented. This work provides a method enabling the exploration of the potential of low-carbon fuel technologies for specific shipping routes up to larger sea regions. Several aspects including vessel sizes, impact of weather and shipping routes, emissions savings and costs are considered. The local energy use is determined with proven bottom-up prediction methods based on ship positioning data from the Automatic Identification System (AIS) in combination with weather and ship technical data. This methodology was extended by an approach to the generation of a basic low-carbon fuel system topology that enables the consideration of local demand profiles. The applicability of the proposed approach is discussed at hand via a case study on Roll-on/Roll-off passenger and cargo (RoPax) ferries transitioning from conventional fuels to a compressed hydrogen fuel system. The results indicate a potential reduction in emissions by up to 95% and possible system sizes and costs

Zukünftige maritime Treibstoffe und deren mögliche Importkonzepte

Weltweit werden etwa 90 % des internationalen Güterverkehrs per Schiff abgewickelt. Die meisten Schiffe nutzen dabei Schweröl und sind für ungefähr 3 % des weltweiten Anteils an den CO2-Emissionen verantwortlich. Die Dekarbonisierung des Schiffverkehrs spielt eine wichtige Rolle bei der Verwirklichung einer klimaneutralen Transportwirtschaft. Daher hat sich die International Maritime Organisation (Internationale Seeschifffahrtsorganisation, IMO) das Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis 2050 im Vergleich zu 2008 zu halbieren und gleichzeitig die CO2-Emissionen pro Tonnenmeile bis 2050 um 70 % zu senken. Um diese Ziele zu erfüllen besteht ein Bedarf an erneuerbaren Kraftstoffen, um die Umwelt- und Klimaauswirkungen der Schifffahrt kurz- und langfristig zu verringern. In dieser Kurzstudie werden alternative Kraftstoffe für die Zukunft des maritimen Sektors wie zum Beispiel Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) unter Berücksichtigung ihrer Produktion sowie Lagerung und Transports dargestellt. Zu Beginn der vorliegenden Kurzstudie werden Wasserstofftechnologien und Herstellungs-verfahren synthetischer Kraft- und Brennstoffe erläutert, die an Standorten mit viel Potenzial für die Erzeugung erneuerbarer Energien eingesetzt werden. Es wird ein Überblick über die Speicherung, den internationalen Transport, sowie die Binnenverteilung von Kraftstoffen zur Versorgung der Endverbraucher gegeben. Insgesamt werden die Importmöglichkeiten von erneuerbaren Kraftstoffen nach Deutschland und Europa unter technischen, ökonomischen und Sicherheitsaspekten bewertet, und anschließend werden mögliche Kandidaten für die Versorgung mit und die Anwendungsfälle von wasserstoffbasierten Kraftstoffen erläutert

Kurzstudie: Zukünftige maritime Treibstoffe und deren mögliche Importkonzepte

Weltweit werden etwa 90 % des internationalen Güterverkehrs per Schiff abgewickelt. Die meisten Schiffe nutzen dabei Schweröl und sind für ungefähr 3 % des weltweiten Anteils an den CO2-Emissionen verantwortlich. Die Dekarbonisierung des Schiffverkehrs spielt eine wichtige Rolle bei der Verwirklichung einer klimaneutralen Transportwirtschaft. Daher hat sich die International Maritime Organisation (Internationale Seeschifffahrtsorganisation, IMO) das Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis 2050 im Vergleich zu 2008 zu halbieren und gleichzeitig die CO2-Emissionen pro Tonnenmeile bis 2050 um 70 % zu senken. Um diese Ziele zu erfüllen besteht ein Bedarf an erneuerbaren Kraftstoffen, um die Umwelt- und Klimaauswirkungen der Schifffahrt kurz- und langfristig zu verringern. In dieser Kurzstudie werden alternative Kraftstoffe für die Zukunft des maritimen Sektors wie zum Beispiel Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) unter Berücksichtigung ihrer Produktion sowie Lagerung und Transports dargestellt. Zu Beginn der vorliegenden Kurzstudie werden Wasserstofftechnologien und Herstellungs-verfahren synthetischer Kraft- und Brennstoffe erläutert, die an Standorten mit viel Potenzial für die Erzeugung erneuerbarer Energien eingesetzt werden. Es wird ein Überblick über die Speicherung, den internationalen Transport, sowie die Binnenverteilung von Kraftstoffen zur Versorgung der Endverbraucher gegeben. Insgesamt werden die Importmöglichkeiten von erneuerbaren Kraftstoffen nach Deutschland und Europa unter technischen, ökonomischen und Sicherheitsaspekten bewertet, und anschließend werden mögliche Kandidaten für die Versorgung mit und die Anwendungsfälle von wasserstoffbasierten Kraftstoffen erläutert

Wasserstoff als ein Fundament der Energiewende Teil 2: Sektorenkopplung und Wasserstoff: Zwei Seiten der gleichen Medaille

Der vorliegende zweite Teil - Sektorenkopplung und Wasserstoff: Zwei Seiten der gleichen Medaille knüpft an diesem Punkt an. Er befasst sich detailliert mit möglichen Nutzungspfaden von Wasserstoff in den Sektoren Verkehr, Industrie und Wärme sowie mit dem systemisch wichtigen Aspekt der Rückverstromung. Am Beispiel aktueller Forschungsarbeiten im DLR wird dargestellt, welche Potenziale sich durch die Kopplung der verschiedenen Energieverbrauchssektoren bei der Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff ergeben. Diese Synergien ebnen den Weg zu einer effizienteren und flexibleren Nutzung von erneuerbarer Energie. Neben den technologischen Einsatzmöglichkeiten spielen darüber hinaus die Infrastruktur sowie dazugehörige Sicherheitsaspekte bei der Nutzung von Wasserstoff eine gewichtige Rolle. Weiterhin wird im DLR auf dem Gebiet der Energiesystemanalyse an der Einschätzung der Auswirkungen großskaliger Wasserstoffinfrastrukturen auf das bestehende und zukünftige Energiesystem geforscht. Dies beinhaltet auch die Fragestellungen, ob ein klimaneutrales Energiesystem aus heutiger Sicht überhaupt ohne Wasserstoff denkbar ist, bzw. wie groß der Wasserstoffbedarf und das -angebot in solchen Zielszenarien ausfällt. Zudem werden Umwelteinwirkungen untersucht und Lebenszyklusanalysen erstellt

Life cycle assessment of a hydrogen and fuel cell ropax ferry prototype

Estimates for the greenhouse gas emissions caused by maritime transportation account for approx. 870 million tonnes of CO2 tonnes in 2018, increasing the awareness of the public in general and requiring the development of alternative propulsion systems and fuels to reduce them. In this context, the project HySeas III is developing a hydrogen and fuel cell powered roll-on/roll off and passenger ferry intended for the crossing between Kirkwall and Shapinsay in the Orkney Islands in Scotland, a region which currently has an excess of wind and tidal power. In order to explore the environmental aspects of this alternative, a life cycle assessment from cradle to end-of-use using the ReCiPe 2016 method was conducted, contrasting the proposed prototype developed within the project against a conventional diesel ferry and a diesel hybrid ferry. The results show that the use of hydrogen derived from wind energy and fuel cells for ship propulsion allow the reduction of greenhouse gas emissions of up to 89% compared with a conventional diesel ferry. Additional benefits are lower stratospheric ozone depletion, ionizing radiation, ozone formation, particulate matter formation, terrestrial acidification and use of fossil resources. In turn, there is an increase in other impact categories when compared with diesel electric and diesel battery electric propulsion. Additionally, the analysis of endpoint categories shows less impact in terms of damage to human health, to the ecosystems and to resource availability for the hydrogen alternative compared to conventional power trains

HySeas III: The World's First Sea-Going Hydrogen-Powered Ferry – A Look at its Technical Aspects, Market Perspectives and Environmental Impacts

The greenhouse gas emissions from international shipping were estimated to be 2.1% of the global emissions by 2012. In order to decrease them in the future, new measures are being taken but also new alternative power systems employing batteries, hydrogen and fuel cells and the production of alternative fuels are now under development. Currently, several projects are aiming at the implementation of hydrogen and fuel cells in Ro-on/roll-off and passenger (RoPax) ferries. In relation to this, a comparison of hydrogen and fuel cell systems against other technologies such as batteries in terms of costs, system mass and volume is presented in this paper. In addition, an overview of the market potential of RoPax ferries in Europe is given, showing that fuel cells have potential, particularly if their power is scaled up. Finally, we present the first results of the life cycle assessment carried out within the project of HySeas III, which shows that the global warming potential generated by the ship in a 30 year life would decrease by 89% compared to a ship operating with a diesel-electric system