Техніка та енергетика

Водень та аміак як суднове паливо наступного покоління згідно з IMO 2050

Олексій Мельник, Микола Булгаков, Валентина Очеретна, Тетяна Варлан
Завантажити статтю
Анотація

У статті здійснено міждисциплінарний аналіз водню (H₂) та аміаку (NH₃) як перспективних альтернативних енергоносіїв для морського транспорту в умовах реалізації кліматичної стратегії-2050 Міжнародної морської організації. Метою дослідження стало визначення порівняльної ефективності зазначених палив з урахуванням їх термодинамічних властивостей, умов зберігання, експлуатаційної безпеки, інфраструктурної сумісності та економічної доцільності. У роботі використано методику багатокритеріального оцінювання, яка включає аналіз показників LCOE (Levelized Cost of Energy), EROI (Energy Return on Investment), CAPEX (Capital Expenditures) та OPEX (Operational Expenditures), технічної готовності портової та суднової інфраструктури, екологічних наслідків і потенційних ризиків. Окрема увага приділена токсикологічним аспектам, ризикам займання, сценаріям витоків і вимогам до підготовки екіпажу. Наведено дані з реальних та пілотних проєктів у Японії, Норвегії та ЄС, що демонструють практичні кроки з впровадження H₂/NH₃. Результати дослідження показали, що аміак, попри токсичність і потребу в додаткових заходах безпеки, є технологічно і економічно придатнішим для середньо- та далекомагістрального судноплавства завдяки нижчим витратам на транспортування і можливості використання існуючої інфраструктури зрідженого газу. Водень, у свою чергу, характеризується вищою екологічною цінністю через нульові викиди CO₂ та NOₓ (за умов використання паливних елементів), але вимагає високотехнологічних систем зберігання та значних інвестицій у логістику, що обмежує його застосування переважно в каботажних перевезеннях або в умовах замкнених ланцюгів постачання. Представлені результати можуть слугувати основою для формування стратегій декарбонізації флоту, розробки стандартів безпеки та стимулювання інновацій у морській енергетиці. Отримані висновки становлять практичний інтерес для судновласників, інженерних компаній, екологічних регуляторів та розробників політик у сфері зеленого морського палива

Ключові слова

екологічна безпека, запобігання забрудненню, викиди NOₓ, токсичність аміаку, енергетична ефективність палива, портова інфраструктура, захист морського середовища

ЦИТУВАТИ
Melnyk, Oleksii, Bulgakov, M., Ocheretna, V., & Varlan, T. (2025). Hydrogen and ammonia as next-generation marine fuels in line with IMO 2050. Machinery & Energetics, 16(3), 70-80. https://doi.org/10.31548/machinery/3.2025.70
Використані джерела
  1. Abbas, M., Abbas, Q., Khan, A., Tayyab, S.M., Rizvi, S.H.M., Raza, A., Zaidi, S.S.H., Razzaqi, A.A., Haider, S., & Sarfraz, S.A. (2024). Energy management in marine transportation sector. Comprehensive Energy Systems, 2(10), 126-156. doi: 10.1016/B978-0-44-313219-3.00151-9.
  2. Alrashid, R., Mahmoud, M., & Alami, A.H. (2024). Introduction to green hydrogen and green ammonia. In Comprehensive green materials (Vol. 1, pp. 256-271). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-443-15738-7.00038-6.
  3. Arias, A., Nika, C.-E., Vasilaki, V., Feijoo, G., Moreira, M.T., & Katsou, E. (2024). Assessing the future prospects of emerging technologies for shipping and aviation biofuels: A critical review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 197, article number 114427. doi: 10.1016/j.rser.2024.114427.
  4. Brynolf, S., Kanchiralla, F., Malmgren, E., Ellis, J., Olsson, T., Hansson, J., & Fridell, E. (2023). Hydrogen, ammonia and battery-electric propulsion for future shipping. Borlänge: Trafikverket, Lighthouse – Swedish Transport Administration’s Industry Program Sustainable Shipping.
  5. DNV. (n.d.). Energy transition outlook. Retrieved from https://www.dnv.com/energy-transition-outlook/.
  6. Fan, H., Abdussamie, N., Chen, P.S.-L., Harris, A., Gray, E.M., Arzaghi, E., Bhaskar, P., Mehr, J.A., & Penesis, I. (2025). Two decades of hydrogen-powered ships (2000-2024): Evolution, challenges, and future perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 219, article number 115878. doi: 10.1016/j.rser.2025.115878.
  7. Harahap, F., Nurdiawati, A., Conti, D., Leduc, S., & Urban, F. (2023). Renewable marine fuel production for decarbonised maritime shipping: Pathways, policy measures and transition dynamics. Journal of Cleaner Production, 415, article number 137906. doi: 10.1016/j.jclepro.2023.137906.
  8. Holtze, B. (2023). World’s first liquid hydrogen-powered ship MF Hydra is powered by Ballard’s fuel cells. Retrieved from https://blog.ballard.com/marine/worlds-first-liquid-powered-hydrogen-ship-mf-hydra-is-powered-by-ballards-fuel-cells.
  9. IEA. (2023). World energy outlook 2023. Retrieved from https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023.
  10. IMO. (2020). MSC.1/Circ.1687: Interim guidelines for the safety of ships using alternative fuels. Retrieved from https://ammoniaenergy.org/wp-content/uploads/2025/03/MSC.1-Circ.1687-Interim-Guidelines-For-The-Safety-Of-Ships-Using-Ammonia-As-Fuel-Secretariat.pdf.
  11. IMO. (2023a). 2023 IMO strategy on reduction of GHG emissions from ships. Retrieved from https://www.imo.org/en/OurWork/Environment/Pages/2023-IMO-Strategy-on-Reduction-of-GHG-Emissions-from-Ships.aspx.
  12. IMO. (2023b). Fourth IMO GHG study 2020. Retrieved from https://www.imo.org/en/ourwork/environment/pages/fourth-imo-greenhouse-gas-study-2020.aspx.
  13. Jesus, B., Ferreira, I.A., Carreira, A., Ove Erikstad, S., & Godina, R. (2024). Economic framework for green shipping corridors: Evaluating cost-effective transition from fossil fuels towards hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 83, 1429-1447. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.08.147.
  14. Klebanoff, L.E. (2024). MV Sea Change: Fuel cell, emissions, and hydrogen fueling performance. Livermore, CA: Sandia National Laboratories.
  15. Lee, G.N., Kim, J.M., Jung, K.H., & Park, H. (2024). Comparative life cycle assessment of various hydrogen supply methods from Australia to the Republic of Korea in environmental and economic aspects. Science of The Total Environment, 947, article number 174669. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.174669.
  16. Li, J.-C., Xu, H., Zhou, K., & Li, J.-Q. (2024). A review on the research progress and application of compressed hydrogen in the marine hydrogen fuel cell power system. Heliyon, 10(3), article number e25304. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e253045304.
  17. Li, Z., Wang, K., Liang, H., Wang, Y., Ma, R., Cao, J., & Huang, L. (2025). Marine alternative fuels for shipping decarbonization: Technologies, applications and challenges. Energy Conversion and Management, 329, article number 119641. doi: 10.1016/j.enconman.2025.119641.
  18. Machaj, K., Kupecki, J., Malecha, Z., Morawski, A., Skrzypkiewicz, M., Stanclik, M., & Chorowski, M. (2022). Ammonia as a potential marine fuel: A review. Energy Strategy Reviews, 44, article number 100926. doi: 10.1016/j.esr.2022.100926.
  19. Melnyk, O., Bulgakov, M., Fomin, O., Onyshchenko, S., Onishchenko, O., & Pulyaev, I. (2025). Sustainable development of renewable energy in shipping: Technological and environmental prospects. Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport, 127, 165-188. doi: 10.20858/sjsutst.2025.127.10.
  20. Melnyk, O., Onyshchenko, S., Onishchenko, O., Shumylo, O., Voloshyn, A., Ocheretna, V., & Fedorenko, O. (2024). Implementation research of alternative fuels and technologies in maritime transport. In S. Boichenko, A. Zaporozhets, A. Yakovlieva & I. Shkilniuk (Eds.), Studies in systems, decision and control (Vol. 510, pp. 13-21). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-44351-0_2.
  21. Nippon Yusen Kabushiki Kaisha (NYK Line). (2023). NYK Conducts world’s first test operation of ammonia-fueled vessel. Retrieved from https://www.nyk.com/english/news/2023/20230516_01.html.
  22. Rony, Z.I., Mofijur, M., Hasan, M.M., Rasul, M.G., Jahirul, M.I., Ahmed, S.F., Kalam, M.A., Badruddin, I.A., Khan, T.M.Y., & Show, P.-L. (2023). Alternative fuels to reduce greenhouse gas emissions from marine transport and promote UN sustainable development goals. Fuel, 338, article number 127220. doi: 10.1016/j.fuel.2022.127220.
  23. Schreuder, W., Slootweg, J.C., & van der Zwaan, B. (2025). Techno-economic assessment of low-carbon ammonia as fuel for the maritime sector. Applications in Energy and Combustion Science, 22, article number 100330. doi: 10.1016/j.jaecs.2025.100330.
  24. Tasleem, S., Bongu, C.S., Krishnan, M.R., & Alsharaeh, E.H. (2024). Navigating the hydrogen prospect: A comprehensive review of sustainable source-based production technologies, transport solutions, advanced storage mechanisms, and CCUS integration. Journal of Energy Chemistry, 97, 166-215. doi: 10.1016/j.jechem.2024.05.022.
  25. Thomas, G., & Parks, G. (2006). Potential roles of ammonia in a hydrogen economy: A study of issues related to the use of ammonia for on-board vehicular hydrogen storage. Washington: U.S. Department of Energy.
  26. Valera-Medina, A., Xiao, H., Owen-Jones, M., David, W.I.F., & Bowen, P.J. (2018). Ammonia for power. Progress in Energy and Combustion Science, 69, 63-102. doi: 10.1016/j.pecs.2018.07.001.
  27. Van Sickle, E., Ralli, P., Pratt, J., & Klebanoff, L. (2025). MV Sea Change: The first commercial 100% hydrogen fuel cell passenger ferry in the world. International Journal of Hydrogen Energy, 105, 389-404. doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.01.040.
  28. Wang, Y., Cao, Q., Liu, L., Wu, Y., Liu, H., Gu, Z., & Zhu, C. (2022). A review of low and zero carbon fuel technologies: Achieving ship carbon reduction targets. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 54, article number 102762. doi: 10.1016/j.seta.2022.102762.
  29. Wang, Z., Dong, B., Li, M., Ji, Y., & Han, F. (2024). Configuration of low-carbon fuels green marine power systems in diverse ship types and applications. Energy Conversion and Management, 302, article number 118139. doi: 10.1016/j.enconman.2024.118139.
  30. Xing, H., Stuart, C., Spence, S., & Chen, H. (2021). Alternative fuel options for low carbon maritime transportation: Pathways to 2050. Journal of Cleaner Production, 297, article number 126651. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126651.