Friday, June 05, 2020 | ISSN 0719-241X
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May 04, 2020 Technological revolution and the coronavirus changing playing field Three waves of technical development and carbon footprint amidst the pandemic

While the coronavirus spends its days redefining the course of history, there are still some changes that need to occur in the shipping industry, undergoing a big paradigm shift lead by the technological revolution and the higher consciousness on carbon footprint. The white paper “Coronavirus, climate change, and smart shipping: Three maritime scenarios 2020-2050,” by Martin Stopford, Clarkson Research President, presents different pandemic scenarios and the technical revolution. The text presents three waves of technical development, along with the carbon footprint each of these scenarios would present, in the context of three sea trade scenarios: ‘trend growth’ of 3.2% per annum, reaching 28.8 bn tons in 2050; ‘soft growth’ of 2.2% from 2025 onwards, reaching 20 bn tons in 2050; and ‘slump growth’ of 0.7% per annum from the trough to reach 11.9 bn tons in 2050.

The challenge of propulsion systems

The paper goes on to specify the current propulsion systems on the maritime cargo fleet and the extent of changes needed to reach the approximate 900 million tons (m/t) of carbon reduction to comply with IMO’s 450 m/t of carbon emissions by 2050. “The key investment issue is the propulsion system of the ships built in the coming decade. Today over 99% of the world cargo fleet over 5000 gross tons (GT) relies on fossil fuels for propulsion. Of this 78% is two-stroke diesel engines; 17% is four-stroke diesel; 4% diesel-electric and 1% steam turbine.” The problem for investors is that no zero-carbon propulsion system is available for commercial cargo ships, and the proposed alternatives of fuel cells won’t be available until the 2030s or later, will be expensive and will face high demand on land. So, meeting the carbon challenge must involve “a phased approach,” in which design innovation is introduced in three Technology Waves 2020-2050. These technology waves are not one or the other, but successive, one after the other.

Technology wave 1

According to the text, the first wave “must inevitably involve the production of diesel ships.” Diesel engines are highly efficient and with no viable zero-carbon alternative, the most effective option is to continue investing in diesel engines, whilst using digital I4 technology to improve the performance of the whole shipboard platform, involving substantial re-engineering of onboard functional systems. Another challenge will be to convince investors that they will be allowed to trade diesel-powered ships long enough to depreciate them. “If these problems can be resolved, this period of development would not be lost time, it would create the technical framework for moving on to Wave 2 which involves gas and hybrid vessel propulsion systems and ultimately Wave 3 which probably involves all-electric ships using fuel cells and batteries in some form.”

Technology wave 2

This technology wave involves gas and hybrid-powered vessels, which starts in the early 2020s and continues until the end of the period. Pricing will play an important part in determining the way in which this wave develops. Gas and hybrid vessels using batteries represent an important testing ground for developing designs that, despite their technical sophistication, are cheap, reliable and commercially robust enough to be successful in the bulk and liner trades. Initially, they are likely to be more expensive than conventional vessels, and the lower carbon emissions savings of about 20 to 30% would need to attract sufficiently high time-charter rates to compensate.

Technology wave 3

The third wave comprises the zero-carbon propulsion systems which are currently only just off the drawing board, and face scalability problems. First-generation commercial fuel cell and battery propulsion might be available in the mid-2020s. Developing a bunker network would also take time due to technical and safety problems in distributing these dangerous commodities. Finally, the propulsion systems and bunkers are likely to be much more expensive than hydrocarbons. By 2050 the whole diesel fleet would be phased out, but under Scenario 2 this would have been done in an orderly way which allowed investors to depreciate their ships over their normal operating life since there are no new diesel ship deliveries after 2030. There would, however, still be a fleet of gas and hybrid vessels in operation.

Carbon footprint

Due to the intensity of trade activity each scenario proposes, the more active ones produce more carbon emissions. For instance, the trend growth scenario assumes 3.2% trade growth and 14 knots operating speed producing carbon emissions of 771 million tons in 2050, “well above the IMO target of around 450 million tons of carbon emissions,” reads the paper. But the other two scenarios do much better. Scenario 2 reduces carbon emissions to 324 million tons in 2050 and Scenario 3 produces carbon emissions of 184 million tons.

By MundoMaritimo

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