Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Economic Analysis of Hydrogen Production by Photovoltaic Electrolysis
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2014 (English)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Ekonomisk analys av vätgasproduktion genom fotovoltaisk elektrolys (Swedish)
Abstract [en]

Awareness of the climate situation and greenhouse gas emissions from fossil fuels has focused attention on hydrogen as a renewable and sustainable energy resource. In this work an economic analysis of hydrogen production by a photovoltaic electrolysis system was conducted. Equations and solution methods from previous works [1, 2] have been used to compile the results. In order to run the electrolysis of water, electricity from the photovoltaic system was used. The photovoltaic electrolysis system for this analysis has been sized with data from previous works [3, 4] to satisfy the hydrogen consumption for a fuel cell bus. Annual savings, payback time and production costs of hydrogen and electricity were compared to analyses conducted by Paolo Laranci [1] and Lucia Bollini Braga [2]. CO2 emissions from steam reforming of natural gas and sugar cane bagasse ethanol have been calculated. In addition ethics for using natural gas and sugar cane bagasse for fuel production was studied to determine the advantages and disadvantages for respective hydrogen production processes.

The estimated production cost for photovoltaic electricity calculated in this thesis was higher than the result achieved in Larancis [1] work. In addition the production cost was higher than for electricity from hydropower and photovoltaic-systems in Latin America [2] and also than for the electricity tariff in Brazil [1]. Payback time and annual savings calculated in this thesis was found to be higher than for Larancis photovoltaic system. To reduce the production cost solar cells with higher efficiency should be used, investments costs for the system reduced and governmental subsidies raised.

The estimated production cost for photovoltaic electrolysis hydrogen calculated in this thesis was higher compared to Lucia Bollini Braga's. The production cost for hydrogen by steam reforming of natural gas and sugar cane bagasse ethanol was also an economically favorable alternative. For hydrogen produced by photovoltaic electrolysis to be an economically advantageous alternative the electrolysis operating hours should increase likewise the electrolyser efficiency. In addition the investment cost for the electrolyser should decrease. By using photovoltaic electrolysis to produce hydrogen fossil CO2-emissions are eliminated and abundant solar energy can be utilized.

Brazil is a country that possesses great natural resources of sugar cane bagasse. Steam reforming of ethanol from sugar cane bagasse could be a future option for producing sustainable, economically favorable and ethically acceptable hydrogen in Brazil.

Abstract [sv]

Medvetenheten om klimatsituationen och utsläppen av växthusgaser från fossila bränslen har riktat uppmärksamheten mot vätgas som är en förnybar och hållbar energiresurs. I detta arbete har en ekonomisk analys för produktion av vätgas genom fotovoltaisk elektrolys av vatten genomförts. Ekvationer och lösningsmetoder från tidigare arbeten [1, 2] har använts för att sammanställa resultat. För att driva elektrolysen av vatten används elektricitet från det fotovoltaiska systemet. Systemet för denna analys har dimensionerats med hjälp av data från tidigare arbeten [3, 4] för att satisfiera konsumtionen av vätgas för en bränslecellsbuss. Årliga besparingar, payback och produktionskostnader för vätgas och elektricitet har jämförts med analyser utförda av Paolo Laranci [1] och Lucia Bollini Braga [2]. Koldioxidutsläpp för ångreformering av naturgas och etanol från sockerrörs bagass har beräknats. Utöver detta har en etikstudie för användning av naturgas och etanol (ur sockerrörs bagass) vid bränsleproduktion gjorts för att avgöra fördelar och nackdelar med respektive system för vätgasproduktion.

Den i detta arbete beräknade produktionskostnaden för elektricitet från det fotovoltaiska systemet var högre än resultatet som åstadkoms i Larancis [1] arbete. Vidare var den i detta arbete beräknade produktionskostnaden högre än för elektricitet från vattenkraft och fotovoltaisk energi i Latinamerika [2] samt elpriset i Brasilien[1]. Payback-tiden och de årliga besparingarna visade sig vara högre för det fotovoltaiska systemet beräknat i denna analys än för Larancis system. För att minska produktionskostnaderna bör solceller med högre verkningsgrad användas, investeringskostnader av fotovoltaiska system minskas och statliga subventioner för installationen ökas.

Den i detta arbete beräknade produktionskostnaden för vätgas genom fotovoltaisk elektrolys var högre jämfört med Lucia Bollini Bragas system. Produktionskostnaden för vätgas genom ångreformering av naturgas och etanol (ur sockerrörs bagass) var likaså ett mer ekonomiskt gynnsamt alternativ än fotovoltaisk elektrolys. För att vätgas producerat genom fotovoltaiskt elektrolys ska vara ekonomiskt fördelaktigt bör elektrolysens drifttimmar ökas, elektrolysen verkningsgrad öka och investeringskostnader för elektrolysen minska. Genom att använda fotovoltaisk elektrolys för att framställa vätgas elimineras fossila CO2-utsläpp och solenergi som finns i stort överskott kan utnyttjas.

Brasilien är ett land som besitter stora naturresurser i form av sockerrör. Ångreformering av etanol från sockerrörs bagass kan vara ett framtida alternativ för att framställa hållbar, ekonomiskt gynnsam och etiskt accepterad vätgas i Brasilien.

Place, publisher, year, edition, pages
2014.
Keyword [en]
Economic analysis, photovoltaic electrolysis system, hydrogen production cost, steam reforming
National Category
Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-170103OAI: oai:DiVA.org:kth-170103DiVA: diva2:827203
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Chemical Engineering
Available from: 2015-06-26 Created: 2015-06-26 Last updated: 2015-06-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(612 kB)380 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 612 kBChecksum SHA-512
1c403d35de8e99fbe3806fcf9c334ebdf259069fb34e699ea4618afb0abeead00c0afc388b4c870fd2896075f0249e17ab7dc1c7fcb61673dd360337d912863c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Chemical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 380 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 260 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf