Optimal design of a green ammonia export supply chain from Saudi Arabia under demand, price and route uncertainty: a two-stage stochastic programming approach
Dit artikel maakt gebruik van een tweestaps stochastisch programmeermodel om aan te tonen dat een optimale groene ammoniakexport-toeleveringsketen vanuit Saoedische-Arabië naar Europa en Oost-Azië uitsluitend geconcentreerd zou moeten zijn bij de NEOM-locatie met een capaciteit van 1,80 Mt/jaar, wat een aanzienlijk economisch voordeel oplevert ten opzichte van deterministische ontwerpen en zeer gevoelig blijkt te zijn voor marktprijzen en kapitaalkosten onder onzekerheden in de vraag en de route.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
De wereld zoekt naar een manier om haar toekomst van stroom te voorzien zonder fossiele brandstoffen te verbranden, en een van de meest veelbelovende oplossingen houdt in dat zonlicht en wind omzetten in een schone brandstof genaamd groene waterstof. Waterstof is echter moeilijk over oceanen te vervoeren omdat het op extreem lage temperaturen of onder enorme druk moet worden gehouden. Om dit op te lossen, zetten ingenieurs waterstof vaak om in ammoniak, een chemische stof die veel gemakkelijker te transporteren en op te slaan is, voordat het naar landen wordt verscheept die er behoefte aan hebben. Saoediaanse-Arabië, met zijn uitgestrekte woestijnen en sterke kustwinden, is uniek gepositioneerd om een belangrijke exporteur van deze groene ammoniak te worden. Toch is het bouwen van de enorme fabrieken en havens die hiervoor nodig zijn een gok. Investeerders moeten beslissen waar ze de fabrieken bouwen en hoe groot ze maken, jaren voordat ze precies weten hoeveel brandstof de wereld zal kopen, welke prijs ze zullen betalen, of de scheepvaartroutes waarop ze vertrouwen wel open zullen blijven.
Een nieuwe studie door Abdulkader Hanbazazah aan de Universiteit van Jeddah pakt deze onzekerheid aan door een geavanceerd computermodel te creëren om de veiligste en meest winstgevende weg vooruit te vinden. In plaats van één mogelijke toekomst te raden, simuleerden de onderzoekers vijftig verschillende mogelijke werelden, waarbij zij hoge en lage vraag, variërende prijzen en het risico op geblokkeerde vaarroutes door conflicten combineerden. Ze testten vijf potentiële kustlocaties in Saoedische-Arabië — drie aan de Rode Zee en twee aan de Arabische Golf — om te zien welke combinatie van zonnepanelen, windturbines en chemische fabrieken de slechtste scenario's zou overleven terwijl ze nog steeds geld verdienden. Het doel was niet alleen om de goedkoopste manier te vinden om ammoniak te maken, maar om een toeleveringsketen te ontwerpen die bestand zou zijn tegen de onvoorspelbare aard van wereldwijde markten en geopolitiek.
Het model wees een duidelijke winnaar aan voor de locatie van de eerste grote exporthub: NEOM, een nieuwe stad die wordt gebouwd in de noordwestelijke hoek van het land aan de Rode Zee. Ondanks het feit dat havens aan de Arabische Golf dichter bij Aziatische markten zoals Japan en Korea liggen, toonde de studie aan dat de windbronnen bij NEOM zo veel beter zijn dat ze de productiekosten daar ongeveer 130 dollar per ton lager maken dan elders. Dit prijsvoordeel is zo groot dat zelfs als de scheepvaartroute door de Rode Zee geblokkeerd zou raken, waardoor schepen een veel langere reis rond Afrika moeten maken, de besparingen door de brandstof goedkoper te maken nog steeds zwaarder wegen dan de extra scheepskosten. Bijgevolg sloot het model de bouw van enige exportfaciliteiten aan de kust van de Golf voor de nabije toekomst uit, aangezien hun hogere productiekosten nooit zouden worden terugverdiend, ongeacht hoe veilig de scheepvaartroutes ook zouden zijn.
Wat betreft de beslissing over de omvang van de fabriek, ontdekten de onderzoekers dat de meest gebruikelijke aanpak van plannen voor de gemiddelde toekomst eigenlijk een financiële ramp is. Als een bedrijf een faciliteit zou bouwen die qua omvang is afgestemd op de gemiddelde verwachte vraag, zou het bedrijf ongeveer 140 miljoen dollar per jaar verliezen omdat de fabriek stilstaat wanneer de vraag lager is dan het gemiddelde. In plaats daarvan is de optimale strategie om een kleinere fabriek te bouwen, waarvan de omvang is afgestemd op het vraagniveau dat waarschijnlijk in 90 procent van de gevallen zal worden gehaald of overschreden. Deze "risico-bewuste" ontwerpstrategie, die zich richt op 1,8 miljoen ton ammoniak per jaar, voorkomt de zware kosten van ongebruikte capaciteit. Hoewel deze kleinere fabriek misschien niet elke mogelijke verkoop kan verzilveren, garandeert het een stabiele winst van gemiddeld ongeveer 160 miljoen dollar per jaar, terwijl de grotere fabriek met de gemiddelde omvang in de helft van alle mogelijke scenario's geld zou verliezen.
De studie onderzocht ook hoeveel investeerders zich zorgen moeten maken over de worst-case scenario's, zoals een plotselinge daling van de prijzen of een volledige blokkade van het Suezkanaal. Zonder overheidsgaranties zou een zeer voorzichtige investeerder weigeren om überhaupt iets te bouwen, uit angst dat een slecht jaar hun spaargeld zou kunnen wegvagen. De onderzoekers kwamen echter tot de conclusie dat een eenvoudig vangnet — een gegarandeerde minimumprijs van 750 dollar per ton voor de ammoniak — de zaak volledig verandert. Met deze prijsbodem in het achterhoofd zouden zelfs de meest voorzichtige investeerders bereid zijn de fabriek te bouwen, omdat de slechtst mogelijke uitkomst niet langer tot een verlies zou leiden. Dit suggereert dat internationale contracten die een minimumprijs beloven, vergelijkbaar met regelingen die al in Europa en Japan worden gebruikt, de sleutel zijn tot het ontsluiten van het kapitaal dat nodig is om deze enorme groene energieprojecten te bouwen.
Uiteindelijk laat het onderzoek zien dat de toekomst van de Saoedische export van groene ammoniak minder afhangt van het vinden van de perfecte scheeproute en meer van het maken van de juiste keuzes over locatie en omvang onder onzekerheid. Door te kiezen voor de meest windrijke locatie en een fabriek te bouwen die veerkrachtig is in plaats van gemaximaliseerd, kan de industrie een winstgevende toekomst veiligstellen, zelfs wanneer de wereld onvoorspelbaar is. De studie concludeert dat de waarde van dit zorgvuldige, op scenario's gebaseerde plannen enorm is; het bespaart honderden miljoenen dollars vergeleken met gokken, wat bewijst dat in de hooggespannen wereld van groene energie de slimste investering er een is die zich voorbereidt op het onverwachte.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.