DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-025-03387-3
تاريخ النشر: 2026-01-14
المؤلف: Eva Guinane وآخرون
الموضوع الرئيسي: انبعاثات وكفاءة النقل البحري
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في دور التدخلات السياسية المعتمدة على السوق في تحسين الجدوى الاقتصادية للوقود الإلكتروني لقطاعات الطيران والشحن، التي يصعب إزالة الكربون منها. تم تقديم نموذج تقييم اختراق السوق المعتمد على التحسين وتطبيقه على ثلاث دراسات حالة: سيناريو شحن عالمي يستخدم الأمونيا الإلكترونية والميثانول الإلكتروني، واثنان من السيناريوهات الوطنية تركزان على وقود الطيران المستدام المتقدم (SAF) وe-SAF في المملكة المتحدة. يقيم النموذج تأثير آليات السياسة المختلفة، بما في ذلك عقود الفروقات (CfD)، وعقود الكربون للفروقات (CCfD)، ومزيج السياسات المحسن، على تقليل تكاليف الوقود الإلكتروني. تشير النتائج إلى أن نهج السياسة المدمج يمكن أن يضيق الفجوة السعرية بين الوقود الإلكتروني والوقود الأحفوري التقليدي بشكل كبير، مع إمكانية تقليل تكاليف الأمونيا الإلكترونية والميثانول الإلكتروني بنسبة 24% و29%، على التوالي، عند اقترانها بالضرائب على الكربون والدعم.
تسلط الدراسة الضوء على أن ضريبة الكربون المستقلة غير كافية لجعل الوقود الإلكتروني تنافسياً؛ ومع ذلك، فإن دمج الضرائب على الكربون التي تتراوح من 33.6 دولار إلى 162.8 دولار لكل طن من CO₂ مع الدعم الذي يتراوح من 32.3 دولار إلى 79.15 دولار لكل ميغاوات ساعة يمكن أن يحفز الطلب ويقلل التكاليف بشكل فعال. في قطاع الطيران في المملكة المتحدة، يمكن أن يؤدي تنفيذ مخططات CfD إلى خفض تكاليف الدعم الحكومي بنسبة تصل إلى 30% وجعل SAF المتقدم تنافسياً بحلول عام 2035. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحقق CCfDs المرتبطة بتقليل الانبعاثات التكافؤ في التكاليف بحلول عام 2040 في ظل ظروف تسعير كربون مواتية. بشكل عام، توفر هذه الدراسة نهجاً منظماً لتصميم السياسات التي تعالج الحواجز الاقتصادية لاعتماد الوقود الإلكتروني، مما يقدم خارطة طريق لتسريع الانتقال إلى الوقود المستدام في القطاعات التي يصعب تخفيض انبعاثاتها. ستركز الأبحاث المستقبلية على متطلبات البنية التحتية وسلسلة التوريد اللازمة لتنفيذ الوقود الإلكتروني على نطاق واسع.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لإزالة الكربون من قطاعات الطيران والملاحة البحرية لتحقيق الأهداف المناخية العالمية، نظراً لمساهماتها الكبيرة في انبعاثات غازات الدفيئة (GHG) – حوالي 3% لكل من الطيران والشحن الدولي. تم تحديد الوقود المستدام للطيران (SAF) ووقود الطاقة إلى سائل (PtL)، مثل الأمونيا الإلكترونية والميثانول الإلكتروني، كحلول واعدة لتقليل الانبعاثات في هذه القطاعات التي يصعب تخفيضها. ومع ذلك، فإن التكاليف العالية لإنتاج هذه البدائل منخفضة الكربون، المدفوعة أساساً بالهيدروجين الأخضر، تشكل حواجز كبيرة أمام اعتمادها على نطاق واسع. تقترح التدخلات السياسية المعتمدة على السوق، بما في ذلك الضرائب على الكربون، والدعم، وعقود الفروقات (CfD)، كاستراتيجيات فعالة لتعزيز الجدوى الاقتصادية للوقود الاصطناعي، حيث تقدم CfDs استقراراً في الإيرادات وتحفز التقنيات منخفضة الكربون.
تؤكد الورقة على ضرورة دمج آليات السياسة المختلفة لمعالجة الفجوة في التكاليف بين الوقود الإلكتروني والوقود الأحفوري، مما يسهل الانتقال إلى البدائل منخفضة الكربون في الطيران والشحن. بينما ركزت الدراسات الحالية بشكل أساسي على الجدوى التقنية والفوائد البيئية، تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف الجدوى الاقتصادية للوقود الإلكتروني تحت سيناريوهات سياسية مختلفة. تعترف بأن الأدوات الاقتصادية ضرورية لتوليد الطلب على الوقود البديل، لكن العوامل غير الاقتصادية – مثل البنية التحتية، وجاهزية التكنولوجيا، وقبول الجمهور – تلعب أيضاً دوراً حاسماً في قابليتها للتوسع. تسعى الدراسة في النهاية إلى توضيح الشروط الاقتصادية المسبقة لتشكيل السوق المدفوع بالسياسات الفعالة مع الاعتراف بالحاجة إلى تمكينات على مستوى النظام الأوسع لدعم إنتاج الوقود البديل.
الطرق
توضح قسم المنهجية في هذه الدراسة تطوير نماذج تحسين اختراق السوق التي تهدف إلى تقييم الجدوى الاقتصادية لمختلف أدوات السياسة – وهي ضريبة الكربون، والدعم، وأنظمة تداول الانبعاثات (ETS)، وعقود الفروقات (CfD)، وعقود سعة الفروقات (CCfD) – لتعزيز اعتماد الوقود البديل لإزالة الكربون من الشحن والطيران. تم تصميم النماذج لتناسب قطاعات التطبيق المحددة: بالنسبة للشحن العالمي (غير المفروض)، يركز النموذج على تقليل تكاليف التخفيف عبر مختلف الوقود وأدوات السياسة؛ بالنسبة لوقود الطيران المستدام المتقدم (SAF) في المملكة المتحدة (المفروض)، يهدف إلى تقليل إجمالي الإنفاق الحكومي مع ضمان الامتثال للمتطلبات من خلال CfDs؛ وبالنسبة لـ e-SAF/PtL في المملكة المتحدة (أيضاً المفروض)، يسعى إلى تقليل صافي الإنفاق الحكومي من خلال النظر في تأثيرات CfD وCCfD وضرائب الكيروسين.
تم تصميم النموذج لتحديد التدخلات السياسية المثلى المطلوبة لتحقيق التكافؤ في التكاليف مع الوقود الأحفوري من خلال محاكاة التغيرات في الأسعار بمرور الوقت، وتأثيرات الدعم على تخفيض التكاليف، واستقرار الإيرادات من خلال آليات مثل CfD وCCfD. يشير القسم أيضاً إلى أن المعادلات الأساسية التي توضح كيف تعزز التدخلات السياسية المعتمدة على السوق الجدوى الاقتصادية للوقود الإلكتروني لقطاعات الشحن والطيران ستُعرض لاحقاً.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للتدخلات السياسية المعتمدة على السوق في تسهيل إزالة الكربون من قطاعات الشحن والطيران من خلال اعتماد الوقود البديل، وخاصة الأمونيا الإلكترونية والميثانول الإلكتروني. تؤكد الأدبيات الحديثة على التحديات البيئية والاقتصادية المرتبطة بهذه الوقود، مشيرة إلى أنه بينما تقدم تخفيضات كبيرة في الانبعاثات، فإن تكاليف إنتاجها العالية – التي تصل إلى 5-7 مرات من الوقود التقليدي – تشكل حواجز كبيرة أمام اعتمادها على نطاق واسع. تؤكد الورقة على أهمية دمج آليات السياسة المختلفة، مثل عقود الفروقات (CfDs)، والضرائب على الكربون، وأنظمة تداول الانبعاثات (ETS)، لخلق بيئة داعمة لهذه التقنيات منخفضة الكربون.
يقترح المؤلفون نموذج تحسين اختراق السوق الجديد الذي يقيم بشكل كمي الجدوى الاقتصادية للوقود الإلكتروني في الشحن العالمي ووقود الطيران المستدام المتقدم (SAF) في قطاع الطيران في المملكة المتحدة. يهدف هذا النموذج إلى تحديد مزيج السياسات الأمثل الذي يمكن أن يحقق التكافؤ في التكاليف مع زيت الوقود الثقيل (HFO) مع تقليل تكاليف التخفيف الإجمالية. تشير النتائج الرئيسية إلى أن مجموعة من السياسات يمكن أن تخفض بشكل كبير من معدلات الضريبة على الكربون والدعم المطلوبة، مما يجعل الانتقال إلى الوقود البديل أكثر جدوى اقتصادية. تسهم الدراسة في الأدبيات الحالية من خلال التركيز على الجوانب الاقتصادية لاعتماد الوقود، ومعالجة الفجوات في فهم كيفية تعزيز السياسات المستهدفة لاختراق السوق للوقود الاصطناعي، وتقديم خارطة طريق لتحقيق الأهداف المناخية في القطاعات التي يصعب فيها الكهرباء المباشرة.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-025-03387-3
Publication Date: 2026-01-14
Author(s): Eva Guinane et al.
Primary Topic: Maritime Transport Emissions and Efficiency
Overview
This research investigates the role of market-based policy interventions in improving the economic feasibility of e-fuels for the aviation and shipping sectors, which are challenging to decarbonize. A novel optimization-based market penetration assessment model is introduced and applied to three case studies: a global shipping scenario utilizing e-Ammonia and e-Methanol, and two national scenarios focusing on advanced Sustainable Aviation Fuel (SAF) and e-SAF in the UK. The model evaluates the impact of various policy mechanisms, including Contracts-for-Difference (CfD), Carbon Contracts-for-Difference (CCfD), and optimized policy mixes, on reducing e-fuel costs. The findings indicate that a combined policy approach can significantly narrow the price gap between e-fuels and conventional fossil fuels, with potential reductions in e-Ammonia and e-Methanol costs by 24% and 29%, respectively, when paired with carbon taxes and subsidies.
The research highlights that a standalone carbon tax is insufficient for making e-fuels competitive; however, integrating carbon taxes ranging from $33.6 to $162.8 per tonne of CO₂ with subsidies of $32.3 to $79.15 per MWh can effectively stimulate demand and reduce costs. In the UK aviation sector, implementing CfD schemes could lower government support costs by up to 30% and make advanced SAF competitive by 2035. Additionally, CCfDs linked to emissions reductions could achieve cost parity by 2040 under favorable carbon pricing conditions. Overall, this study provides a structured approach to policy design that addresses economic barriers to e-fuel adoption, offering a roadmap for accelerating the transition to sustainable fuels in hard-to-abate sectors. Future research will focus on the infrastructure and supply chain requirements necessary for large-scale e-fuel implementation.
Introduction
The introduction highlights the critical need for decarbonizing the aviation and maritime sectors to meet global climate goals, given their significant contributions to greenhouse gas (GHG) emissions—approximately 3% each for aviation and international shipping. Sustainable aviation fuels (SAF) and Power-to-Liquid (PtL) fuels, such as e-Ammonia and e-Methanol, are identified as promising solutions for reducing emissions in these hard-to-abate sectors. However, the high production costs of these low-carbon alternatives, primarily driven by green hydrogen, pose significant barriers to their widespread adoption. Market-based policy interventions, including carbon taxes, subsidies, and Contracts-for-Difference (CfD), are proposed as effective strategies to enhance the economic feasibility of synthetic fuels, with CfDs offering revenue stability and incentivizing lower-carbon technologies.
The paper emphasizes the necessity of combining various policy mechanisms to address the cost disparity between e-fuels and fossil fuels, thereby facilitating the transition to low-carbon alternatives in aviation and shipping. While existing studies have primarily focused on technical feasibility and environmental benefits, this research aims to explore the economic viability of e-fuels under different policy scenarios. It acknowledges that while economic instruments are essential for generating demand for alternative fuels, non-economic factors—such as infrastructure, technology readiness, and public acceptance—also play a crucial role in their scalability. The study ultimately seeks to clarify the economic preconditions for effective policy-driven market formation while recognizing the need for broader system-level enablers to support the production of alternative fuels.
Methods
The methodology section of this study outlines the development of market penetration optimization models aimed at assessing the cost-effectiveness of various policy instruments—namely carbon tax, subsidy, emissions trading systems (ETS), contracts for difference (CfD), and capacity contracts for difference (CCfD)—to promote the adoption of alternative fuels for decarbonizing shipping and aviation. The models are tailored to specific application sectors: for global shipping (non-mandated), the model focuses on minimizing mitigation costs across different fuels and policy tools; for advanced sustainable aviation fuel (SAF) in the UK (mandated), it aims to minimize total government expenditure while ensuring compliance with mandates through CfDs; and for e-SAF/PtL in the UK (also mandated), it seeks to minimize net government expenditure by considering the impacts of CfD, CCfD, and kerosene tax.
The model is designed to identify optimal policy interventions required to achieve cost parity with fossil fuels by simulating changes in prices over time, the effects of subsidies on cost reductions, and the stability of revenues through mechanisms like CfD and CCfD. The section also indicates that the underlying equations detailing how market-based policy interventions enhance the economic feasibility of e-fuels for the shipping and aviation sectors will be presented subsequently.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the critical role of market-based policy interventions in facilitating the decarbonization of the shipping and aviation sectors through the adoption of alternative fuels, particularly e-Ammonia and e-Methanol. Recent literature underscores the environmental and economic challenges associated with these fuels, noting that while they offer significant emissions reductions, their high production costs—up to 5-7 times that of conventional fuels—pose substantial barriers to widespread adoption. The paper emphasizes the importance of integrating various policy mechanisms, such as Contracts-for-Difference (CfDs), carbon taxes, and emissions trading schemes (ETS), to create a supportive environment for these low-carbon technologies.
The authors propose a novel market penetration optimization model that quantitatively assesses the economic feasibility of e-fuels in global shipping and advanced Sustainable Aviation Fuels (SAF) in the UK aviation sector. This model aims to identify the optimal policy mix that can achieve cost parity with Heavy Fuel Oil (HFO) while minimizing total mitigation costs. Key findings suggest that a combination of policies can significantly lower the required carbon tax and subsidy rates, making the transition to alternative fuels more economically viable. The study contributes to the existing literature by focusing on the economic aspects of fuel adoption, addressing gaps in understanding how targeted policies can enhance market penetration of synthetic fuels, and providing a roadmap for achieving climate targets in sectors where direct electrification is challenging.