Szenarien für ein Angebots- und Nachfragenetz für grünes Ammoniak

FleetMon unterstützt Studenten und Forschungspartner, wenn es um die Bereitstellung von AIS-Daten für akademische Zwecke geht. Im Jahr 2020 wandte sich ein Doktorand der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Oxford an uns, um bestimmte AIS-Daten für ein Projekt zur Dekarbonisierung wichtiger Schifffahrtsrouten zu erhalten.

Lesen Sie einen Gastbeitrag von Professor René Bañares-Alcántara, Dozent an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Oxford.

Angebot und Nachfrage von grünem Ammoniak als Schiffskraftstoff

Die ehrgeizigen Ziele der IMO, die Treibhausgasemissionen von 2008 bis 2050 zu halbieren, können nur durch die Umstellung auf nicht-fossile Brennstoffe erreicht werden. Grünes Ammoniak - hergestellt aus Luft, Wasser und erneuerbaren Energien - wird zunehmend als der am besten geeignete kohlenstofffreie Schiffskraftstoff für die Langstreckenschifffahrt angesehen, da es ein günstiges Gleichgewicht zwischen Heizwert, volumetrischer Energiedichte sowie Temperatur und Druck der Lagerung bietet. Da große Produktionsanlagen für grünes Ammoniak gebaut werden und die Aufnahme der Produktion für Mitte der 2020er Jahre geplant ist, wurde die Dynamik künftiger Angebots- und Nachfragenetze (Produktion, Lagerung und Verteilung) mit einem Modell untersucht, um auszuwählen, welche Betankungshäfen zunächst auf grünes Ammoniak umgestellt werden sollten, um die Treibstoffkosten für ein Netz von Schiffe zu minimieren, das in einem Containerdienst betrieben wird. In [Forbes, 2020] wurden mehrere Fallstudien zum Transportzyklusbedarf von 36 Ultra Large Container Schiffe (ULCV) untersucht, die auf dem Ocean Alliance FA3-Dienst zwischen den Häfen von Shanghai und Rotterdam verkehren; einige der Ergebnisse wurden in [Nayak-Luke et al., 2021] veröffentlicht. Grünes Ammoniak kann im Netz auf fünf Arten transportiert werden: im Binnenland per Pipeline, Bahn und/oder Lkw und offshore mit MGCs und LGCs (siehe Abbildung).

Verwendung von AIS-Daten

AIS-Positionsdaten wurden von FleetMon für neun Schiff Bewegungen im Laufe von 6 Monaten (Jun-Dez 2019) mit einer Auflösung von 1 Stunde erhalten. Anhand dieser historischen AIS-Daten Schiff und Hafenanlauf berechnet ein Modell den Ammoniakverbrauch eines ULCV zwischen den Häfen. Zunächst wurde die Geschwindigkeit durch das Wasser (STW) von Schiffe bestimmt, indem die Geschwindigkeit des ULCV relativ zur Meeresgeschwindigkeit (aus den meteorologischen Daten) auf dem Schiff's Längen- und Breitengrad berechnet wurde. Die AIS-Daten Schiff Hafenanläufe für jeden der neun Schiffe zeichneten die Häfen auf, in die die Schiffe einliefen, sowie ihre Ankunfts- und Abfahrtszeiten. Der gesamte Datensatz wurde verifiziert, indem die zurückgelegte Route aufgezeichnet und der STW-Vektor an jeder Positionsprobe überlagert wurde. Die momentane Leistung von Schiff wird als konstant über die Dauer einer Stichprobe angenommen, da mit dem AIS-System keine Daten zur Beschleunigung aufgezeichnet werden. Die Leistung wird dann in Energie umgerechnet, indem sie mit dem jeweiligen Zeitintervall multipliziert wird.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass Singapur, Antwerpen und Malta (von zwölf betrachteten Häfen) die optimalen Häfen für eine anfängliche Umstellung auf grünes Ammoniak wären. Diese Häfen können über vier der neun Produktionsanlagen des Netzes beliefert werden: Cape Grim (Australien), Sonnblick (Österreich), List (Dänemark) und Malin Head (Irland). Bei der optimalen Lösung liegt der Gesamtbedarf an grünem Ammoniak bei durchschnittlich 7.000 Tonnen pro Tag und würde insgesamt 795.780 Tonnen_{CO2-Emissionen} für einen Zyklus von 36 Schiffe einsparen, d. h. eine_{CO2-Reduzierung} von 22.105 Tonnen pro ULCV-Zyklus.

Referenzen

• [Forbes, 2020] C. Forbes. "Zero Emission Schiffe for Shipping: Optimising a Green Ammonia Production, Distribution and Port Bunkering Network" (Optimierung eines umweltfreundlichen Ammoniakproduktions-, Verteilungs- und Hafenbunkernetzes), Bericht des MEng in Engineering Science, University of Oxford, Juli 2020.
• [Nayak-Luke et al., 2021] R.M. Nayak-Luke, C. Forbes, Z. Cesaro, R. Banares-Alcantara, und K.H.R. Rouwenhorst "Chapter 8. Techno-Economic Aspects of Production, Storage and Distribution of Ammonia" in Valera-Medina A. und R. Banares-Alcantara, "Techno-Economic Challenges of Green Ammonia as an Energy Vector", Elsevier, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820560-0.00008-4, 2021.

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