Extended Cost-Benefit Analysis of Maritime Fuel: Comparison of Heavy Fuel Oil and Methanol in Iceland

Abstract

The energy and emissions profile of the maritime industry needs significant adjustments to comply with future maritime regulation. Therefore, alternative fuels have been proposed to meet increasingly higher emission standards, proposed by the International Maritime Organization. Furthermore, the Icelandic government aims to introduce 10% renewable energy into the maritime sector before 2030 as well as eventually phase out heavy fuel oil. This thesis assesses the economic feasibility of introducing methanol into the maritime sector using the method of extended cost-benefit analysis, i.e., adding the economic implications of maritime emissions to the cost side of a cost-benefit analysis. The life-cycle analysis of conventional methanol, renewable methanol and heavy fuel oil are compared and evaluated via dynamic economic evaluation of estimated market prices between 2018 and 2050, as well as the economic implications of the environmental impacts caused by the fuels. Therefore, the purely economic and environmental trade-off between the fuels is shown. Methanol is assessed both in terms of a conventional production pathway but also a pathway that can be considered renewable, i.e., electrolysis and carbon capture and utilization, to assess the prospects of meeting the 10% renewable goal within Iceland’s maritime sector, with methanol. In the purely economic sense, heavy fuel oil is the most feasible option. However, when the economic implications of the environmental impacts are added to the cost of the fuels, conventional methanol becomes cost-competitive in 2018 and becomes the most feasible option in 2050 in three fuel trajectories. Renewable methanol is the most expensive option in all trajectories. Relative cost increase in a transition from HFO to renewable methanol ranges from 215 to 375% of HFO’s total cost in 2018, however, in the most favorable conditions for renewable methanol, in 2050, relative cost increase of said transition goes down to 109,5% of HFO’s total cost, in HFO’s least favorable conditions. Therefore, renewable methanol will unlikely become cost-competitive before 2050 and is unlikely, without financial instruments, to contribute to the 10% renewable energy goal in the maritime sector before 2030.

Eldsneytismál skipaiðnaðarins á Íslandi munu þurfa að breytast til muna á næstu árum til þess að mæta nýjum lögum og reglum, ákvæðum og markmiðum. Þess vegna hafa nýir orkugjafar verið nefndir, til þess að mæta hertri löggjöf um losun mengandi efna og magn þeirra frá skipum. Þar að auki hefur íslenska ríkið sett sér markmið um að hlutdeild endurnýjanlegrar orku í skipaiðnaðinum verði 10% fyrir árið 2030, ásamt því að hætta notkun svartolíu endanlega, á óskilgreindum tímapunkti. Í þessari ritgerð er efnahagsleg hagkvæmni metanóls og innleiðing þess metinn út frá útvíkkaðri kostnaðar og ábatagreiningu, þ.e., að bæta við kostnaðarhlið greiningarinnar efnahagslegum áhrifum mengunar. Umhverfisáhrif hefðbundins metanóls, endurnýjanlegs metanóls og svartolíu eru fengin frá lífsferilsgreiningum, síðan eru þau þýdd yfir í hægrænar stærðir og metin í samhengi við markaðsvirði eldsneytis frá 2018 til 2050. Með þessum samanburði er fórnarkostnaður settur í samhengi við umhverfisleg áhrif annarsvegar og hagræn áhrif hins vegar. Metanól er rannsakað út frá tveimur mismunandi framleiðsluaðferðum. Annars vegar hefðbundin framleiðsla frá jarðefnaeldsneyti og hins vegar er metanól framleitt úr fönguðum koltvísýringi frá jarðvarmavirkjun og með rafgreiningu. Tilgangur rannsóknarinnar er að leggja mat á hagkvæmni þess að mæta markmiði Íslendinga um að auka hlutdeild endurnýjanlegrar orku í 10% fyrir 2030, með metanóli frá íslenskum aðföngum. Niðurstöðurnar benda til þess að þegar þessar þrjár gerðir metanóls eru bornar saman, og umhverfisáhrif eru ekki tekin til greina í kostnaðar- og ábatagreingingunni er svartolía hagkvæmasti kosturinn. Hins vegar, þegar efnahagslegum áhrifum umhverfisáhrifa er bætt við kostnað eldsneytisins, er hefðbundið metanól þegar samkeppnishæft árið 2018, og verður enn hagkvæmasti kosturinn árið 2050. Endurnýjanlegt metanól er ætíð óhagkvæmasti kosturinn í öllum tilvikum. Aukinn kostnaður við að skipta úr svartolíu yfir í endurnýjanlegt metanól er á bilinu 215 til 375% af verði svartolíu árið 2018. Hins vegar, árið 2050, í því tilviki sem er hagstæðast fyrir endurnýjanlegt metanól en óhagstæðast svartolíu fer kostnaðaraukningin niður í 109,5% af verði svartolíu. Niðurstöður benda því til að það sé ólíklegt að endurnýjanlegt metanól verði samkeppnishæft fyrir árið 2030, þrátt fyrir að mögulegt sé að framleiða nóg metanól til að ná 10% markmiði íslenska ríkisins.