Optimal design of a green ammonia export supply chain from Saudi Arabia under demand, price and route uncertainty: a two-stage stochastic programming approach
Diese Arbeit verwendet ein zweistufiges stochastisches Programmierungsmodell, um zu zeigen, dass eine optimale grüne Ammoniak-Export-Lieferkette von Saudi-Arabien nach Europa und Ostasien ausschließlich am Standort NEOM mit einer Kapazität von 1,80 Mt/Jahr konzentriert sein sollte, was einen signifikanten wirtschaftlichen Vorteil gegenüber deterministischen Designs bietet und unter Nachfrage- und Routenunsicherheiten eine hohe Sensitivität gegenüber Marktpreisen und Kapitalkosten aufweist.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die Welt sucht nach einem Weg, ihre Zukunft ohne das Verbrennen fossiler Brennstoffe zu gestalten, und eine der vielversprechendsten Lösungen besteht darin, Sonnenlicht und Wind in einen sauberen Brennstoff namens grünen Wasserstoff umzuwandeln. Wasserstoff ist jedoch schwierig über Ozeane hinweg zu transportieren, da er entweder auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt oder unter immensem Druck gehalten werden muss. Um dies zu lösen, wandeln Ingenieure Wasserstoff oft in Ammoniak um – ein chemischer Stoff, der wesentlich einfacher zu transportieren und zu lagern ist –, bevor er in die Länder verschifft wird, die ihn benötigen. Saudi-Arabien ist mit seinen weiten Wüsten und starken Küstenwinden in einer einzigartigen Position, ein bedeutender Exporteur dieses grünen Ammoniaks zu werden. Dennoch ist der Bau der massiven Fabriken und Häfen, die dafür erforderlich sind, ein Wagnis. Investoren müssen entscheiden, wo sie bauen und wie groß sie diese Anlagen machen sollen, Jahre bevor sie genau wissen, wie viel Treibstoff die Welt kaufen wird, welchen Preis sie zahlen wird oder ob die Schifffahrtswege, auf die sie angewiesen sind, offen bleiben werden.
Eine neue Studie von Abdulkader Hanbazazah an der Universität von Dschidda widmet sich dieser Unsicherheit, indem sie ein hochentwickeltes Computermodell erstellt, um den sichersten und profitabelsten Weg zu finden. Anstatt ein einzelnes mögliches Szenario zu erraten, simulierten die Forscher fünfzig verschiedene mögliche Welten, die hohe und niedrige Nachfrage, schwankende Preise und das Risiko blockierter Schifffahrtsrouten durch Konflikte kombinierten. Sie testeten fünf potenzielle Küstenstandorte in Saudi-Arabien – drei am Roten Meer und zwei am Arabischen Golf –, um zu sehen, welche Kombination aus Solarpaneelen, Windturbinen und Chemieanlagen die schlimmsten Szenarien überstehen würde und gleichzeitig Geld verdient. Das Ziel war nicht nur, den günstigsten Weg zur Herstellung von Ammoniak zu finden, sondern eine Lieferkette zu entwerfen, die der Unvorhersehbarkeit der globalen Märkte und der Geopolitik standhalten kann.
Das Modell brachte einen klaren Gewinner für den Standort des ersten großen Export-Hubs hervor: NEOM, eine neue Stadt, die im Nordwesten des Landes an der Roten Meer-Küste gebaut wird. Trotz der Tatsache, dass Häfen am Arabischen Golf näher an asiatischen Märkten wie Japan und Korea liegen, stellte die Studie fest, dass die Windressourcen in NEOM so viel besser sind, dass sie die Produktionskosten dort um etwa 130 Dollar pro Tonne niedriger machen als an jedem anderen Ort. Dieser Preisvorteil ist so groß, dass selbst wenn die Route durch das Rote Meer blockiert würde, was Schiffe dazu zwingen würde, eine viel längere Reise um Afrika zu nehmen, die Einsparungen durch die günstigere Herstellung des Brennstoffs die zusätzlichen Transportkosten immer noch überwiegen würden. Folglich schloss das Modell den Bau von Exportanlagen an der Golfküste für die absehbare Zukunft aus, da deren höhere Produktionskosten niemals wettgemacht werden könnten, unabhängig davon, wie sicher die Schifffahrtswege auch sein mögen.
Bei der Entscheidung über die Größe der Anlage entdeckten die Forscher, dass der gängigste Ansatz, für die durchschnittliche Zukunft zu planen, tatsächlich ein finanzielles Desaster ist. Wenn ein Unternehmen eine Anlage in einer Größe bauen würde, die auf die durchschnittlich erwartete Nachfrage zugeschnitten ist, würde es etwa 140 Millionen Dollar pro Jahr verlieren, weil die Anlage stillstünde, wann immer die Nachfrage niedriger als der Durchschnitt ist. Die optimale Strategie ist stattdessen der Bau einer kleineren Anlage, deren Größe auf das Nachfragelevel ausgelegt ist, das mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 Prozent erreicht oder überschritten wird. Dieses „risikobewusste“ Design, das sich auf 1,8 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr konzentriert, vermeidet die hohen Kosten ungenutzter Kapazitäten. Während diese kleinere Anlage zwar nicht jeden möglichen Verkauf erfassen kann, sichert sie einen durchschnittlichen stetigen Gewinn von etwa 160 Millionen Dollar pro Jahr, wohingegen die größere, auf den Durchschnitt ausgerichtete Anlage in der Hälfte aller möglichen Szenarien Geld verlieren würde.
Die Studie untersuchte auch, wie sehr sich Investoren um die Worst-Case-Szenarien sorgen sollten, wie etwa einen plötzlichen Preisverfall oder eine vollständige Blockade des Suezkanals. Ohne staatliche Garantien würde ein sehr vorsichtiger Investor gar nichts bauen wollen, aus Angst, dass ein schlechtes Jahr seine Ersparnisse vernichten könnte. Die Forscher fanden jedoch heraus, dass ein einfaches Sicherheitsnetz – ein garantierter Mindestpreis von 750 Dollar pro Tonne für den Ammoniak – die Situation völlig verändert. Mit dieser Preisuntergrenze wären selbst die vorsichtigsten Investoren bereit, die Anlage zu bauen, da das schlimmste mögliche Ergebnis nicht mehr in einem Verlust münden würde. Dies deutet darauf hin, dass internationale Verträge, die einen Mindestpreis versprechen – ähnlich wie die bereits in Europa und Japan eingesetzten Modelle –, der Schlüssel zur Mobilisierung des Kapitals sind, das für den Bau dieser massiven grünen Energieprojekte benötigt wird.
Letztendlich zeigt die Forschung, dass die Zukunft der saudischen grünen Ammoniak-Exporte weniger von der Suche nach der perfekten Schifffahrtsroute abhängt, sondern vielmehr von der richtigen Wahl des Standorts und der Größe unter Unsicherheit. Indem man den windreichsten Standort wählt und eine Anlage baut, die resilient statt maximiert ist, kann die Industrie eine profitable Zukunft sichern, selbst wenn die Welt unvorhersehbar bleibt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Wert dieser sorgfältigen, szenarienbasierten Planung immens ist; sie spart im Vergleich zum bloßen Raten hunderte Millionen Dollar ein und beweist, dass in der hochriskanten Welt der grünen Energie die klügste Investition jene ist, die sich auf das Unerwartete vorbereitet.
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