Vận tải biển thế giới mỗi năm phát thải khoảng 940 triệu tấn CO2 và chiếm khoảng 2,5% tổng lượng phát thải khí nhà kính (GHG) toàn cầu. Tại khóa họp thứ 72, vào ngày 13/4/2018, Ủy ban Bảo vệ môi trường (MEPC) của Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) đã thông qua Nghị quyết MEPC.304(72) về chiến lược đầy tham vọng nhằm thu hẹp lượng phát thải GHG trong ngành hàng hải hàng năm xuống 50% của mức năm 2008 vào năm 2050, với mục tiêu cuối cùng là ngành công nghiệp vận tải biển không có các bon vào cuối thế kỷ 21. Cụ thể đối với CO2, mục tiêu của chiến lược là giảm phát thải trung bình 40% so với mức của năm 2008 vào năm 2030, và tiếp tục giảm tới mức 70% vào năm 2050.
Cộng đồng hàng hải bày tỏ quan ngại việc cải tiến thiết kế và vận hành tàu thông qua các công nghệ tiết kiệm năng lượng có thể không đủ để đáp ứng các mục tiêu nêu trên. Do đó, chuyển đổi phần lớn năng lượng sử dụng cho tàu thủy từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng các bon thấp thay thế, trong đó bao gồm năng lượng tái tạo trong tương lai là cần thiết. Một số loại nhiên liệu thay thế khác nhau đang được nghiên cứu sử dụng trong ngành hàng hải.
LNG/LPG
Việc sử dụng khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu của tàu không phải là mới. Chính các tàu chở LNG đã sử dụng loại khí này để chạy các loại máy của tàu từ đầu những năm 1960. Theo các nhà sản xuất động cơ hàng hải, việc sử dụng LNG có thể giảm phát thải CO2 từ 20-25%.
Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) hiện mới đang trong quá trình thử nghiệm trên một số tàu. Lượng phát thải CO2 khi sử dụng LPG có thể giảm tới 20%.
Các thách thức lớn nhất khi sử dụng LNG/LPG làm nhiên liệu hàng hải là tính chất dễ cháy của các loại khí này đòi hỏi các hệ thống nhiên liệu của tàu rất phức tạp và yêu cầu phải có mạng lưới dự trữ, cung cấp nhiên liệu chuyên biệt tại các cảng trên thế giới.
Ethanol/Metanol
Kinh nghiệm sử dụng methanol cho động cơ hàng hải còn rất ít do số lượng ứng dụng hạn chế. Giá trị nhiệt lượng của methanol chỉ bằng một nửa so với dầu diesel, do đó đòi hỏi tàu phải có thể tích két chứa nhiên liệu gấp đôi hoặc phải thường xuyên nhận nhiên liệu hơn. Methanol có tính chất ăn mòn mạnh hơn nhiên liệu thông thường, nên cần lưu ý việc lựa chọn vật liệu thích hợp hoặc sử dụng lớp phủ đặc biệt có khả năng chịu ăn mòn.
Hiện tại, ethanol chưa được sử dụng trên tàu. Tuy nhiên, loại nhiên liệu này đã được sử dụng cho động cơ diesel trong vận tải. Các đặc tính của ethanol, như mật độ năng lượng, độ nhớt, khả năng bôi trơn và điểm chớp cháy tương tự như metanol. Ethanol cũng như methanol đều không chứa lưu huỳnh, có tích chất ăn mòn đối với một số loại vật liệu và tan nhanh trong nước. Tuy nhiên, khác với methanol, ethanol không được phân loại là chất độc hại cho con người. Cả methanol và etanol đều phát thải CO2 thấp.
Hydro
Cho đến nay, hydro lỏng chưa được sử dụng làm nhiên liệu hàng hải. Pin nhiên liệu (fuel cell) có thể được sử dụng để chuyển đổi hydro cất giữ trong két chứa điều áp thành điện năng cho động cơ đẩy và năng lượng điện trên tàu. Một trong những thách thức kỹ thuật là duy trì nhiên liệu hydro lỏng ở nhiệt độ âm 2500C để tránh bị bay hơi. Hydro là loại khí rất dễ nổ, nên bảo vệ chống rò rỉ khí là một phần quan trọng trong các yêu cầu an toàn đối với loại nhiên liệu này. Khối lượng lớn công việc nghiên cứu và phát triển đang được thực hiện để tạo ra hydro một cách bền vững, ví dụ như công nghệ sử dụng điện năng được sản xuất từ nguồn lượng tái tạo (gió, sóng, mặt trời, …) dư thừa không thể đưa vào lưới điện để sản xuất hydro từ điện phân nước.
Amoniac
Amoniac được sản xuất quy mô lớn trên toàn thế giới cho ngành phân bón. Công nghệ sản xuất, lưu trữ và vận chuyển amoniac cả trên đất liền và trên biển đã rất phổ biến. Amoniac có thể được sử dụng là nguồn hydro cho pin nhiên liệu. Có thể sử dụng amoniac làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Khi amoniac bị đốt cháy trong động cơ đốt trong sẽ không tạo ra CO2. Tuy nhiên, amoniac có độc tính cao, tạo những lo ngại về an toàn vượt xa các nhiên liệu truyền thống. Điều này có thể gây khó khăn khi amoniac được sử dụng trong môi trường biển.