Multi-purpose marine infrastructure: the outlook of M4 solutions and a case study of offshore hydrogen production

Guido Enrico Mazza Ramos

Key information

Authors:

Guido Enrico Mazza Ramos (Guido Enrico Mazza Ramos)

Supervisors:

Duarte de Mesquita e Sousa (Duarte de Mesquita e Sousa); Maria Xylia

Published in

December 14, 2023

Abstract

As infra-estruturas offshore polivalentes surgiram como uma forma de satisfazer de forma sustentável a procura de serviços críticos em ambientes marinhos e costeiros devido à possibilidade de integrar diferentes actividades marinhas no mesmo espaço. Este estudo centra-se nas soluções marinhas, multifuncionais, modulares e móveis (M4), com o objetivo de compreender as perspectivas, oportunidades e barreiras que os projectos M4 liderados pela indústria enfrentam. Além disso, tem como objetivo determinar quais as combinações de utilização mais promissoras e avaliá-las numa perspetiva técnica e económica. Uma abordagem de métodos mistos, incluindo uma revisão sistemática de informações em páginas virtuais e entrevistas semi-estruturadas com as partes interessadas. Além disso, foi realizado um caso de estudo sobre a combinação de energia eólica offshore e produção de hidrogénio através de uma análise tecno-económica. Foram identificados 30 projectos a nível mundial, principalmente combinando a energia eólica offshore com sectores como a energia das ondas, a energia solar flutuante offshore, a aquicultura e a produção de hidrogénio. A produção de hidrogénio surgiu como a combinação mais predominante. A maior parte dos projectos encontra-se na fase de conceção ou de ensaio-piloto e as partes interessadas concentram-se na demonstração para mostrar o sucesso da integração tecnológica.A falta de um ambiente regulamentar favorável é citada como o principal obstáculo, uma vez que a regulamentação existente não tem em conta a utilização múltipla do espaço marinho. A produção de hidrogénio offshore a partir da energia eólica offshore é muito promissora devido ao papel do hidrogénio como observado no caso de estudo, que o LCOH diminui com o tamanho do parque eólico e que a a produção centralizada de hidrogénio offshore, com transmissão para onshore através de um gasoduto, produz o LCOH mais baixo entre as configurações estudadas. Em geral, a superação das barreiras regulamentares e o desenvolvimento de enquadramentos legais são essenciais para o êxito da implementação das M4. Os incentivos são cruciais para apoiar projectos de grande escala e promover a tecnologia. A investigação futura deve centrar-se em projectos de M4 em pequena escala para comunidades remotas, colmatando as lacunas regulamentares e comparando os sistemas à base de hidrogénio e sistemas baseados no hidrogénio e na eletricidade em análises de custos em todo o ciclo. This study examines the potential of multi-purpose offshore infrastructure to meet critical marine and coastal needs sustainably. It focuses on marine, multifunctional, modular, and mobile (M4) solutions, aiming to understand the prospects, challenges, and opportunities facing industry-led M4 projects. The study employs a mixed methods approach, including a systematic review of online information and semi-structured interviews with stakeholders, as well as a case study on offshore wind energy and hydrogen production. It identifies 30 projects worldwide, primarily combining offshore wind energy with sectors such as wave energy, offshore floating solar energy, aquaculture, and hydrogen production, with hydrogen production being the most prevalent combination. The lack of a supportive regulatory environment is cited as the main barrier, and offshore hydrogen production from offshore wind is highlighted as promising due to hydrogen’s role as an energy carrier. The study suggests that overcoming regulatory barriers and developing clear frameworks are crucial for successful implementation of M4s, and that incentives are essential for supporting large-scale projects and advancing technology readiness. It also recommends future research to focus on small-scale M4 projects for remote communities, addressing regulatory gaps, and comparing hydrogen-based and electricity-based systems in end-to-end cost analyses.