Game-Theoretic Optimization of Shore Power Versus Low-Sulfur Fuel Strategies in Maritime Supply Chains Under a Cap-and-Trade Mechanism

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a rigorous game-theoretic model to analyze technology adoption dynamics under carbon pricing, with equilibrium solutions for pricing, output, and emissions.

🏢実務担当者:Offers strategic insights for shipping companies and port operators on when to invest in shore power versus low-sulfur fuel given carbon price scenarios.

🏛政策担当者:Delivers actionable policy implications for setting carbon price levels to incentivize low-carbon technology adoption without unintended output expansion effects.

本研究では、排出量取引メカニズムによって規制される海運サプライチェーンにおいて、競合する船舶が岸電（SP）と低硫黄燃料油（LSFO）の間で技術選択を行う状況を分析するための、ゲーム理論に基づく最適化フレームワークを開発する。Stackelbergゲームのアプローチを用いて、港湾主導と船舶主導の2つのモデルを構築し、価格、サービス量、利益、排出量、社会的厚生に関する閉形式の均衡を導出する。結果は3つの重要な知見を明らかにする。第一に、いずれのStackelberg構造においてもリーダーは常に高い利益を達成する一方、サプライチェーン全体の利益は電力構造に関わらず同一である。第二に、炭素価格が低い場合、LSFO装備船舶はコスト優位性により多くのサービスを提供し、より高い利益を得る。炭素価格が上昇するにつれ—これは排出削減を直接的に促進し、海運の脱炭素化を加速させる—SPの魅力が高まり、初期投資が高いにもかかわらず最終的には収益性において優位となる。特筆すべきは、SPは単位排出量が低いものの、SP装備船舶が生産量を最適に拡大するため、特定の炭素価格閾値においてSPの総排出量がLSFOのそれを上回る可能性があることである。第三に、競争の激化はサービス量、利益、排出量を減少させ、LSFO船舶に対する減少効果がより顕著である。全体として、本研究の結果は、海運における低炭素技術導入を最適化するための数学的に裏付けられた洞察を提供し、環境目標とサプライチェーン効率のバランスをとる炭素価格設定に関する実行可能な政策含意を示す。本研究は、特に国際連合の持続可能な開発目標（SDGs）、具体的にはSDG 13（気候変動対策）とSDG 9（産業と技術革新の基盤づくり）に貢献するものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

In this study, we develop a game-theoretic optimization framework to analyze competing vessels’ technology choices between shore power (SP) and low-sulfur fuel oil (LSFO) within a maritime supply chain which is regulated by a cap-and-trade mechanism. Using a Stackelberg game approach, we construct two models—one port-led and the other vessel-led—to derive closed-form equilibrium for pricing, service quantities, profits, emissions, and social welfare. The results reveal three key findings. First, the leader in either Stackelberg structure always achieves higher profits, while total supply chain profits remain identical across power structures. Second, at low carbon prices, LSFO-equipped vessels provide more services and earn higher profits due to cost advantages. As the carbon price rises—which directly incentivizes emission reduction and accelerates maritime decarbonization—SP becomes more attractive and eventually dominates in profitability despite higher initial investment. Notably, although SP has lower unit emissions, its total emissions may surpass those of LSFO at certain carbon-price thresholds because the SP-equipped vessel optimally expands output. Third, intensified competition reduces service quantities, profits, and emissions, with a more substantial reduction effect on LSFO vessels. Overall, our results provide mathematically grounded insights for optimizing low-carbon technology adoption in maritime transport and offer actionable policy implications for carbon pricing that balance environmental objectives and supply chain efficiency. This research contributes specifically to the United Nations’ Sustainable Development Goals (SDGs), specifically SDG 13 (Climate Action) and SDG 9 (Industry, Innovation and Infrastructure).

• semanticscholar https://doi.org/10.3390/math14030508first seen 2026-05-15 17:24:41 · last seen 2026-08-12 05:16:31