DOI: https://doi.org/10.1016/j.rtbm.2024.101100
تاريخ النشر: 2024-01-22
المؤلف: Gökçay Balcı وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الأمونيا وتقليل النيتروجين
نظرة عامة
تحدد هذه القسم استراتيجيات رئيسية لتقليل الانبعاثات داخل سلاسل التوريد، مع التركيز على إزالة الكربون من النقل وتطوير وقود بحري خالي من الانبعاثات. ويبرز أهمية دمج الممارسات المستدامة عبر عمليات سلسلة التوريد للتخفيف من الآثار البيئية. يشير التركيز على إزالة الكربون من النقل إلى تحول نحو لوجستيات أكثر كفاءة واعتماد وقود بديل، بينما تشير دراسة وقود البحر الخالي من الانبعاثات إلى التزام بالابتكار في مصادر الطاقة البحرية. هذه المبادرات حاسمة لتحقيق أهداف المناخ الأوسع وتعزيز استدامة سلاسل التوريد العالمية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم للنقل البحري في التجارة العالمية، حيث تساهم أكثر من 100,000 سفينة في أكثر من 80% من حجم الشحن. على الرغم من كونها خيارًا أكثر خضرة مقارنة بوسائل النقل الأخرى، إلا أن صناعة الشحن مسؤولة عن حوالي 2.8% من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية، مما يستدعي مبادرات مستدامة عاجلة. وضعت المنظمة البحرية الدولية (IMO) أهدافًا طموحة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة بحلول عام 2030 وما بعده، بما في ذلك تقليل بنسبة 40% في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنة بمستويات عام 2008 واعتماد تقنيات انبعاثات غازات دفيئة صفرية أو قريبة من الصفر.
تركز الورقة على اعتماد الأمونيا الخضراء كوقود بديل واعد، مع التأكيد على التحديات المتعددة التي تعيق استخدامها على نطاق واسع. بينما تناولت الأدبيات بشكل أساسي التكاليف والجوانب الهندسية، تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف العلاقات المعقدة بين عوامل النجاح الحرجة (CSFs) المختلفة التي تؤثر على اعتماد الأمونيا الخضراء. باستخدام نمذجة الهيكل التفسيري (ISM) وطرق ضرب مصفوفة التأثير المتبادل المطبقة على التصنيف (MICMAC)، تسعى الدراسة إلى تحديد علاقات الأولوية بين هذه العوامل، مما يوفر رؤى حول الخطوات اللازمة للتنفيذ الفعال. تؤكد النتائج على أهمية التعاون بين أصحاب المصلحة والأطر التنظيمية في تسهيل الانتقال إلى الأمونيا الخضراء، مع معالجة المخاوف المتعلقة بالسلامة المرتبطة باستخدامها كوقود بحري.
الطرق
تشمل منهجية هذه الدراسة عملية بحث من ثلاث خطوات تهدف إلى تحديد عوامل النجاح لاعتماد الأمونيا الخضراء في الشحن. في البداية، تم إجراء مراجعة أدبية، تلتها ست مقابلات مع خبراء لتحديد قائمة العوامل المحددة. بعد ذلك، تم إجراء استبيان نمذجة الهيكل التفسيري (ISM) لـ 48 خبيرًا، الذين قدموا رؤى حول العلاقات بين عوامل النجاح الحرجة (CSFs) من خلال مقارنات ثنائية. شمل تصميم الاستبيان أسئلة ديموغرافية واستبيان ISM، حيث قام الخبراء بتقييم تأثير عامل واحد على آخر عبر 45 مقارنة تتضمن 10 عوامل نجاح حرجة. تم تسهيل اختيار الخبراء من خلال نهج عينة حكمية على LinkedIn، مما يضمن تمثيلًا متنوعًا من فئات أصحاب المصلحة المختلفة في الصناعة.
تستخدم منهجية ISM لتوضيح العلاقات المعقدة بين المتغيرات من خلال تحويل النماذج الذهنية الغامضة إلى نماذج أسبقية منظمة. يسمح هذا النهج المنهجي بالتحقيق في علاقات المتغيرات، باستخدام روابط ثنائية لكشف الترابطات. لتعزيز قوة النتائج، يتم دمج ISM مع تحليل MICMAC، الذي يصنف المتغيرات بناءً على قوتها الدافعة وقوة الاعتماد. هذه المجموعة فعالة بشكل خاص في تقييم العلاقات السياقية التي لم يتم استكشافها سابقًا في الأدبيات. يتبع تحليل ISM-MICMAC عملية منظمة، بما في ذلك تعريف المتغيرات، وتأسيس العلاقات من خلال مدخلات الخبراء، وتوليد مصفوفة الوصول النهائية لتصور العلاقات بين المتغيرات. يُفترض أن هذه المنهجية ستوفر رؤى أفضل مقارنة بتقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير التقليدية، خاصة في التقاط التعقيدات الديناميكية المتعلقة بالوقود والمركبات الأنظف.
النتائج
يصنف تحليل MICMAC الذي تم إجراؤه في هذه الدراسة عوامل النجاح الحرجة (CSFs) المتعلقة باعتماد الأمونيا الخضراء في صناعة الشحن من خلال حساب قوتها الدافعة (DNP) وقوة الاعتماد (DRP). يكشف التحليل عن أربعة أرباع: مستقل، معتمد، مستقل، ورابط. تظهر عوامل النجاح المستقلة، مثل “دعم أصحاب المصلحة”، “ضريبة الكربون”، “الوعي العام”، و”المتبنون الأوائل”، DNP منخفض وDRP مرتفع، مما يشير إلى دورها كعوامل دافعة أساسية لعوامل أخرى. على العكس، تظهر عوامل النجاح المعتمدة، بما في ذلك “البنية التحتية للموانئ”، “التكلفة”، “أنظمة الدفع”، و”التوافر”، DNP مرتفع وDRP منخفض، مما يشير إلى أنها تتأثر بعوامل نجاح أخرى.
تحدد الدراسة عاملين نجاح رابطين، “البحث والتطوير” و”لوائح السلامة”، اللذان يتطلبان مراقبة دقيقة بسبب ترابطهما وإمكانية التسبب في تأثير الدومينو على عوامل النجاح الأخرى. من الجدير بالذكر أنه لم يتم العثور على أي عوامل نجاح مستقلة، مما يشير إلى أن جميع عوامل النجاح المحددة تؤثر بنشاط على اعتماد الأمونيا الخضراء. الإطار النهائي، الموضح في نموذج ISM، يدمج هذه النتائج، مما يبرز العلاقات بين عوامل النجاح بناءً على تحليل 45 مقارنة ثنائية، وبالتالي يوفر فهمًا شاملاً للديناميات التي تؤثر على اعتماد الأمونيا الخضراء في قطاع الشحن.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على إمكانية الأمونيا الخضراء كوقود بديل قابل للتطبيق لصناعة الشحن، مع التأكيد على مزاياها مقارنة بالوقود الأخرى مثل الميثانول والهيدروجين. توفر الأمونيا الخضراء، التي تُنتج باستخدام مصادر الطاقة الخالية من ثاني أكسيد الكربون، كثافة طاقة حجمية أعلى وبنية تحتية أكثر نضجًا للإنتاج والتخزين، مما يجعلها مناسبة لكل من الرحلات البحرية الطويلة والقصيرة. تحدد الورقة عشرة عوامل نجاح حرجة (CSFs) لاعتماد الأمونيا الخضراء، بما في ذلك تقليل التكاليف، وزيادة البحث والتطوير (R&D)، وتطوير تقنيات الدفع المعتمدة على الأمونيا. كما يتم التأكيد على أهمية التعاون والدعم من أصحاب المصلحة، حيث يلعب دورًا حاسمًا في تسهيل الانتقال إلى مصادر الطاقة الأنظف.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة ضرورة فرض ضرائب على الكربون ومبادرات الوعي العام لدفع اعتماد الأمونيا الخضراء. تشير إلى أنه على الرغم من أن التكاليف الأولية للأمونيا الخضراء قد تكون أعلى من الوقود التقليدي، إلا أن التقدم في التكنولوجيا وزيادة القدرة الإنتاجية من المتوقع أن يجعلها تنافسية على المدى الطويل. يجادل المؤلفون بأن المتبنين الأوائل في صناعة الشحن يمكنهم تحفيز اعتماد أوسع من خلال إظهار جدوى وفوائد الأمونيا الخضراء، وبالتالي التأثير على الأطر التنظيمية وديناميات السوق. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن نهجًا متعدد الأبعاد يتضمن الأبعاد الاقتصادية والتكنولوجية والاجتماعية أمر ضروري للتكامل الناجح للأمونيا الخضراء في قطاع الشحن.
القيود
تسلط القيود في هذه الدراسة الضوء على عدة مجالات للبحث المستقبلي بشأن اعتماد الأمونيا الخضراء كوقود بحري. من الجدير بالذكر أن البحث لا يتناول العوامل على مستوى المنظمة مثل القيادة وثقافة الإدارة، والتي قد تكون حاسمة مع نضوج سوق الأمونيا الخضراء. بالإضافة إلى ذلك، لا تميز الدراسة بين خلايا الوقود ووقود المحركات، على الرغم من الاختلافات المحتملة في النضج التكنولوجي وتكاليف التشغيل. يجب أن تقوم التحقيقات المستقبلية بتوضيح هذه التمييزات لتعزيز فهم ديناميات الاعتماد.
علاوة على ذلك، تستند نتائج الدراسة إلى آراء الخبراء، والتي قد تكون عرضة للتحيز الزمني بسبب التقدم السريع في تقنيات الوقود البديل. يجب أن تقيم الأبحاث المستقبلية عوامل النجاح الحرجة (CSFs) المحددة في هذه الدراسة، مع الأخذ في الاعتبار المشهد المتطور لبدائل الوقود البحرية. يُوصى أيضًا بأن تستكشف الدراسات اللاحقة تأثير مختلف أصحاب المصلحة على اعتماد الأمونيا الخضراء، حيث قد تختلف وجهات نظر أصحاب المصلحة بشكل كبير بناءً على قطاعهم وخصائصهم الديموغرافية. سيكون تحديد أصحاب المصلحة الرئيسيين ومساهماتهم أمرًا أساسيًا لفهم شامل لعملية الاعتماد في سلسلة التوريد البحرية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.rtbm.2024.101100
Publication Date: 2024-01-22
Author(s): Gökçay Balcı et al.
Primary Topic: Ammonia Synthesis and Nitrogen Reduction
Overview
The section outlines key strategies for reducing emissions within supply chains, emphasizing the decarbonization of transport and the development of net-zero marine fuels. It highlights the importance of integrating sustainable practices across supply chain operations to mitigate environmental impacts. The focus on transport decarbonization suggests a shift towards more efficient logistics and the adoption of alternative fuels, while the exploration of net-zero marine fuels indicates a commitment to innovation in maritime energy sources. These initiatives are critical for achieving broader climate goals and enhancing the sustainability of global supply chains.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of maritime transport in global trade, with over 100,000 ships contributing to more than 80% of cargo volume. Despite being a relatively greener option compared to other transport modes, the shipping industry is responsible for approximately 2.8% of global greenhouse gas (GHG) emissions, necessitating urgent sustainable initiatives. The International Maritime Organization (IMO) has set ambitious GHG reduction targets for 2030 and beyond, including a 40% reduction in CO2 emissions from 2008 levels and the adoption of zero or near-zero GHG emission technologies.
The paper focuses on the adoption of green ammonia as a promising alternative fuel, emphasizing the multifaceted challenges that hinder its widespread use. While the literature has primarily addressed costs and engineering aspects, this study aims to explore the complex relationships between various critical success factors (CSFs) influencing green ammonia adoption. Using Interpretive Structural Modeling (ISM) and Cross-Impact Matrix Multiplication Applied to Classification (MICMAC) methods, the research seeks to identify precedence relationships among these CSFs, thereby providing insights into the necessary steps for effective implementation. The findings underscore the importance of stakeholder collaboration and regulatory frameworks in facilitating the transition to green ammonia, while also addressing safety concerns associated with its use as a marine fuel.
Methods
The methodology of this study involves a three-step research process aimed at identifying success factors for the adoption of green ammonia in shipping. Initially, a literature review was conducted, followed by six expert interviews to refine the list of identified factors. Subsequently, an Interpretive Structural Modeling (ISM) survey was administered to 48 experts, who provided insights into the relationships between critical success factors (CSFs) through pairwise comparisons. The survey’s design included demographic questions and an ISM questionnaire, where experts evaluated the influence of one factor on another across 45 comparisons involving 10 CSFs. The selection of experts was facilitated through a judgmental sampling approach on LinkedIn, ensuring a diverse representation from various stakeholder categories in the industry.
The ISM methodology is employed to clarify complex interrelationships between variables by transforming vague mental models into structured precedence models. This systematic approach allows for the investigation of variable relationships, utilizing binary links to reveal interconnections. To enhance the robustness of the findings, ISM is combined with MICMAC analysis, which classifies variables based on their driving and dependence power. This combination is particularly effective for assessing contextual relationships that have not been previously explored in the literature. The ISM-MICMAC analysis follows a structured process, including defining variables, establishing relationships through expert input, and generating a final reachability matrix to visualize the relationships among variables. This methodology is posited to yield superior insights compared to traditional multi-criteria decision-making techniques, particularly in capturing dynamic complexities relevant to cleaner fuels and vehicles.
Results
The MICMAC analysis conducted in this study classifies Critical Success Factors (CSFs) related to green ammonia adoption in the shipping industry by calculating their Driving Power (DNP) and Dependence Power (DRP). The analysis reveals four quadrants: Independent, Dependent, Autonomous, and Linkage. Independent CSFs, such as ‘Stakeholder support’, ‘Carbon tax’, ‘Public awareness’, and ‘Early adopters’, exhibit low DNP and high DRP, indicating their role as essential drivers for other factors. Conversely, Dependent CSFs, including ‘Port infrastructure’, ‘Cost’, ‘Propulsion systems’, and ‘Availability’, show high DNP and low DRP, suggesting they are influenced by other CSFs.
The study identifies two Linkage CSFs, ‘R&D’ and ‘Safety regulations’, which require close monitoring due to their interconnectedness and potential for causing a domino effect on other CSFs. Notably, no Autonomous CSFs were found, indicating that all identified CSFs actively influence green ammonia adoption. The final framework, illustrated in the ISM model, integrates these findings, highlighting the relationships among CSFs based on the analysis of 45 pairwise comparisons, thereby providing a comprehensive understanding of the dynamics affecting green ammonia adoption in the shipping sector.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the potential of green ammonia as a viable alternative fuel for the shipping industry, emphasizing its advantages over other fuels like methanol and hydrogen. Green ammonia, produced using CO2-free energy sources, offers a higher volumetric energy density and a more mature infrastructure for production and storage, making it suitable for both deep-sea and short-sea journeys. The paper identifies ten critical success factors (CSFs) for the adoption of green ammonia, including cost reduction, increased research and development (R&D), and the development of ammonia-fueled propulsion technologies. The importance of stakeholder collaboration and support is also underscored, as it plays a crucial role in facilitating the transition to cleaner energy sources.
Furthermore, the paper discusses the necessity of carbon taxes and public awareness initiatives to drive the adoption of green ammonia. It notes that while the initial costs of green ammonia may be higher than traditional fuels, advancements in technology and increased production capacity are expected to make it competitive in the long term. The authors argue that early adopters within the shipping industry can catalyze broader adoption by demonstrating the feasibility and benefits of green ammonia, thereby influencing regulatory frameworks and market dynamics. Overall, the findings suggest that a multifaceted approach involving economic, technological, and social dimensions is essential for the successful integration of green ammonia into the shipping sector.
Limitations
The limitations of this study highlight several areas for future research regarding the adoption of green ammonia as a marine fuel. Notably, the research does not address organizational-level factors such as leadership and management culture, which could be critical as the market for green ammonia matures. Additionally, the study does not differentiate between fuel cells and engine fuels, despite potential differences in technological maturity and operational costs. Future investigations should refine these distinctions to enhance understanding of adoption dynamics.
Moreover, the study’s findings are based on expert opinions, which may be subject to temporal bias due to rapid advancements in alternative fuel technologies. Future research should assess the critical success factors (CSFs) identified in this study, considering the evolving landscape of maritime fuel alternatives. It is also recommended that subsequent studies explore the influence of different stakeholders on the adoption of green ammonia, as stakeholder perspectives may vary significantly based on their sector and demographic characteristics. Identifying key stakeholders and their contributions will be essential for a comprehensive understanding of the adoption process in the maritime supply chain.