System disruptions
There are recurring service disruptions on some of the search portals due to high traffic. We are working to resolve the issue, you may temporarily encounter an error message.
2122232425262724 of 51
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Mixing Hydrogen and Methane as Fuel for Ship Engines
IVL Svenska Miljöinstitutet.ORCID iD: 0000-0002-4757-0380
IVL Svenska Miljöinstitutet.
IVL Svenska Miljöinstitutet.ORCID iD: 0000-0002-4321-6894
IVL Svenska Miljöinstitutet.ORCID iD: 0000-0001-8217-6461
Show others and affiliations
Responsible organisation
2025 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

The shipping industry faces increasing pressure to reduce emissions and meet the International Maritime Organization’s goal of attaining net-zero greenhouse gas emissions from international shipping by 2050. One practical solution to reducing emissions is using alternative fuels like hydrogen-enriched compressed natural gas (HCNG). Currently, no studies are available investigating the potential of HCNG for ship main engines in the maritime industry.

This project evaluates the feasibility of HCNG as an alternative to conventional maritime fuels in short-sea shipping, focusing on technical and economic aspects. It examines HCNG’s potential for CO2 emission reduction to meet emission regulations and the required modifications for logistics and storage of hydrogen and methane in next-generation ferries. The assessment includes various blending ratios of H2/CH4 and suitable locations (on board or at the port) for blending and storage within existing infrastructure.

This project uses the current operations of so-called roll-on roll-off passenger vessel on the Gotland route between the Swedish East Coast and Gotland Island, along with the corresponding port infrastructure, as a case study. The technical assessment explores various blending ratios (H2/CH4) and storage opportunities, both in port and on board, addressing their characteristics and challenges. The economic assessment estimates only the costs of the required amount of fuel for different blending ratios (H2/CH4) for the case study vessel and routes. The economic assessment gives an idea of how the fuel cost (based on the fuel choice) can affect the economy of the system.Other technical aspects (hydrogen management and logistics, hydrogen facilities and injection systems, etc. are not included as they were out of the scope of the project. However, the economic assessment based on fuel price will provide a sufficient insight into the economic aspects for the stakeholders.

The project also focuses largely on the environmental and climate benefits (performance) of the use of green hydrogen mixed with methane (at different ratios) as a fuel for shipping (using the case study). The environmental analysis focuses on the emission of CO2 equivalent, in line with the goal of replacing methane with hydrogen as a fuel. As an additionality, the environmental assessment considered the application of renewable methane too i.e., mixing natural gas (fossil methane), renewable methane, and hydrogen with the aim of both cutting down the natural gas share and CO2 emissions. This goes another step forward where different sources of renewable methane are considered to give a more comprehensive overview over the resulting emissions when renewable methane is used as a fuel. It has been concluded that the decarbonization potential of HCNG within the investigated blending ratios is marginal due to the decrease in volumetric energy density with higher hydrogen concentrations, necessitating larger fuel volumes to match the energy content of the fuel that is currently used, liquified natural gas (LNG).

Additionally, the technical and economic analysis indicates that currently HCNG may not be a viable option as an alternative to LNG. This is attributed to the high price of green hydrogen, technical complexity of hydrogen transportation and storage, lack of commercially mature technology. Major cost cut down of green hydrogen and robust regulations against CO2 emission could potentially pave the way for applications of HCNG. An alternative short-medium term solution would be to use renewable methane in existing infrastructure and vessels. Regarding the CO2 emission, while the hydrogen source remains fixed, the choice of methane significantly affects emissions. Fossil-based methane results in the highest emissions, averaging annual 225,000 tons CO2 equivalent, followed by renewable methane at 180,000 tons. The lowest emissions, annual 64,000 tons CO2 equivalent, are achieved with bio-methane from manure and biowaste. This highlights that methane source, not just blending ratio, plays a crucial role in emission performance.

Place, publisher, year, edition, pages
Göteborg: IVL Svenska Miljöinstitutet , 2025. , p. 81
Series
Trafikverkets forskningsportföljer
Keywords [en]
Shipping fuel, shipping decarbonization, hydrogen, methane
National Category
Engineering and Technology
Research subject
FOI-portföljer, Sjöfartsområdet
Identifiers
URN: urn:nbn:se:trafikverket:diva-22422ISBN: 978-91-7883-732-8 (electronic)OAI: oai:DiVA.org:trafikverket-22422DiVA, id: diva2:2107205
Projects
Branschprogrammet hållbar sjöfart
Funder
Swedish Transport Administration, TRV 2019/27023
Note

Sjöfartsindustrin står inför ett ökande tryck att minska sina utsläpp och uppfylla Internationella sjöfartsorganisationens mål om att uppnå nettonollutsläpp av växthusgaser till år 2050. En praktisk lösning för att minska utsläppen är att använda alternativa bränslen.Hytan (HCNG) är ett bränsle bestående av en blandning av vätgas och metan, vilket skulle kunna vara ett alternativ till dagens användning av förvätskad naturgas. Det finns för närvarande inga studier som undersöker potentialen för HCNG att användas i huvudmotorer inom sjöfartsindustrin.

Detta projekt utvärderar genomförbarheten av HCNG som ett alternativ till konventionella marina bränslen inom sjöfart för korta distanser, med fokus på tekniska och ekonomiska aspekter. Studien undersöker HCNG:s potential att minska CO2 utsläpp och uppfylla utsläppsregler samt de modifieringar som krävs för logistik och lagring av väte och metan i nästa generations färjor (ombord eller i hamn). Utvärderingen omfattar olika blandningsförhållanden (grader av inblandning av vätgas), samt lämpliga platser för blandning och lagring inom befintlig infrastruktur.

Projektet inkluderar av de s.k. RoPax-färjornas nuvarande verksamhet på Gotlandsrutten mellan svenska östkusten och Gotland, tillsammans med motsvarande hamninfrastruktur, som en fallstudie (RoPax är en färja för passagerare och rullande gods). Den tekniska analysen utforskar olika blandningsförhållanden (H2/CH4) och lagringsmöjligheter, både i hamn och ombord, med fokus på bränslenas egenskaper och utmaningar. Den ekonomiska analysen uppskattar endast kostnader för att täcka bränslebehovet vid olika blandningsförhållanden. Andra tekniska aspekter (vätgashantering och -logistik, vätgasutrustning och -insprutning, m.m. är inte inkluderade. Dock kan den ekonomiska analysen ge grundläggande och tillräckliga insikter). Projektet är i stort fokuserat på miljöoch klimatfördelar som uppnås av att använda grön vätgas tillsammans med metan under olika blandningsproportioner som drivmedel i sjöfart inom fallstudien.Miljöanalysen är fokuserad på CO2ekv utsläppsminskningar som följd av ett bränslebyte.

Dessutom inkluderas användningen av förnybart metan, d.v.s. en blandning av fossil etan, förnybart metan och grön vätgas för att minska både användningen av fossil drivmedel och koldioxidutsläpp. Olika källor för förnybar metan utvärderas för att uppnå en omfattande översikt av olika utsläpp då förnybar metan används som bränsle.

HCNG:s potential för utsläppsminskning för de undersökta blandningsproportionerna är begränsad, främst på grund av minskad volymetrisk energitäthet vid högre vätgaskoncentrationer, vilket kräver större bränslevolymer för att matcha energiinnehåll hos det bränsle som används idag, förvätskad naturgas.

Dessutom visar den tekniska och ekonomiska analysen att HCNG i nuläget inte är ett genomförbart alternativ till förvätskad naturgas. Det beror på det höga priset på grön vätgas, tekniska komplexiteten för vätgastransport och –lagring, samt avsaknaden avkommersiellt mogna tekniker. En betydande kostnadsminskning av grön vätgas och robusta regleringar mot CO2-utsläpp skulle potentiellt kunna bana väg för tillämpningar av HCNG. En alternativ lösning är att använda förnybar metan i befintlig infrastruktur och befintliga fartyg. I studien jämförs även växthusgasutsläpp från olika metankällor i en vätgas-metanblandning. Medan vätgaskällan förblir konstant påverkar metanets ursprung utsläppen avsevärt. Fossilbaserad metan resulterar i de högsta utsläppen, i genomsnitt 225 000 ton CO2-ekvivalenter per år, följt av syntetisk metan på 180 000 ton. De lägsta utsläppen, 64 000 ton CO2-ekvivalenter, uppnås med biometan från gödsel och bioavfall. Detta understryker att metankällan, inte bara blandningsförhållandet, spelar en avgörande roll för utsläppsprestandan.

Available from: 2026-10-02 Created: 2026-10-02 Last updated: 2026-10-02

Open Access in DiVA

Mixing Hydrogen and Methane as Fuel for Ship Engines(3129 kB)22 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 3129 kBChecksum SHA-512
6dc48ce2d0685955f7f24f0af1aba6771d7ed6c6233282e0a9cbf1b7f9b1105fa205cae9801b2d2c5b7248546721e6d5979ab207c6b098e30072c8f615ebe74d
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Hedayati, AliLönnqvist, TomasJivén, Karl
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 22 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 1055 hits
2122232425262724 of 51
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf