Comparative Analysis of On-site vs Off-site green-Hydrogen Value Chain Scenarios to cover projected Aviation demand: A case for Toulouse Blagnac Airport in France
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Amidst the efforts to mitigate the energy-related carbon emissions of human activities and pursuing a net-zero future by 2050, the aviation sector, as part of a wider group of hard-to-decarbonize sectors is responsible for 12% of all the transportation emissions globally. Green Hydrogen as a zero-emissions alternative fuel from water and renewable energy serves as a prime candidate to replace conventional aviation fuels and lead the way towards carbon-free flights. As a result, the European hydrogen infrastructure is expected to grow rapidly in the next years, with supply chain localization being a critical factor for renewable energy sourcing and determining the overall cost of hydrogen supply. This work emphasizes on the projection of the total hydrogen fuel for commercial aviation for the airport of Toulouse, France between 2025-2050 and the comparative cost analysis of on-site versus off-site green hydrogen value chain integration to assist in understanding the influence of electricity sourcing and transportation costs in the final hydrogen price. An annualized levelized cost of Hydrogen sourcing (LCOH) is evaluated for three distinctive value chain scenarios: one onsite (Toulouse) and two offsite (Marseille) for gaseous and cryogenic transportation of hydrogen with a pipeline and trailer trucks respectively. The LCOH of the offsite electricity sourcing was calculated to be around 36% lower than onsite electricity and the electricity component was found to be responsible for more than 70% of the overall electrolysis cost. A relative cost advantage is shown for the offsite case with cryogenic truck transportation at a life-long average of €9.43/kg.LH2 (production-to-storage). Onsite production was estimated at LCOH levels of €10.24/kg.LH2 while offsite production with pipeline was found to be the most capital-intensive option at €11.11/kg.LH2 over the same 25 years project scope. The cost of electricity sourcing was found to be a critical component driving the overall hydrogen supplycost with the offsite energy price reduction benefit surpassing the additional cost burden of truck transportation but not of pipeline transportation which was estimated to be around 6times more cost intensive compared to the transportation LCOH of the trailer truck case. For LCOH parity between the offsite and onsite scenarios (at 10 €/kg.LH2) the trailer truck case would require lower energy sourcing cost of at least 20 €/MWh and the pipeline transportation of at least 40 €/MWh lower compared to the onsite cases sourcing cost. Although recommended that stakeholders of future hydrogen infrastructure can consider trailer trucks as a low-cost option for demands of a few hundred tons per day, the pipeline costreduction trends for higher demands and higher lifespan compared to trailer trucks, setgaseous pipeline supply chain in an advantageous position for a longer timeline and beyond 2050 in cases where onsite electricity prices are high.
Abstract [sv]
Mitt i ansträngningarna för att minska de energirelaterade koldioxidutsläppen från mänsklig verksamhet och sträva efter en framtid med nettonollutsläpp till 2050 står luftfartssektorn, som en del av en större grupp av sektorer som är svåra att minska koldioxidutsläppen, för 12 procent av alla transportutsläpp i världen. Grön väte som ett alternativt bränsle utan utsläpp från vatten och förnybar energi är en utmärkt kandidat för att ersätta konventionella flygbränslen och leda vägen mot koldioxidfria flygningar. Den europeiska vätgasinfrastrukturen förväntas därför växa snabbt under de kommande åren, och lokaliseringen av försörjningskedjan är en kritisk faktor för att hitta förnybar energi och bestämma den totala kostnaden för vätgasförsörjningen. Detta arbete fokuserar på prognosen av det totala vätgasbränslet för kommersiell luftfart för flygplatsen i Toulouse, Frankrike, mellan 2025–2050 och den jämförande kostnadsanalysen av integrering av värdekedjan för grön vätgas på plats respektive utanför platsen för att hjälpa till att förstå hur elförsörjning och transportkostnader påverkar det slutliga vätgaspriset. En årlig nivåbaserad kostnad för vätgasförsörjning (LCOH) utvärderas för tre olika scenarier för värdekedjan: ett på plats (Toulouse) och två utanför platsen (Marseille) för gas- och kryotransporter av vätgas med en pipeline respektive släpvagnsbilar. LCOH för elförsörjningen utanför anläggningen beräknades vara cirka 36 % lägre än elförsörjningen på plats, och elkomponenten visade sig stå för mer än 70 % av den totala elektrolyskostnaden. En relativ kostnadsfördel visas för det fall där transporten sker utanför anläggningen med kryogena lastbilar, med ett genomsnittligt livstidspris på 9,43 €/kg LH2 (från produktion till lagring). Produktion på plats beräknades till LCOH-nivåer på 10,24 €/kg LH2, medan produktion utanför anläggningen med rörledning visade sig vara det mest kapitalintensiva alternativet med 11,11 €/kg LH2 under samma projektperiod på 25 år. Kostnaden för elförsörjning visade sig vara en kritisk komponent som driver den totala kostnaden för vätgasförsörjningen, där den minskade energiprisfördelen utanför anläggningen överträffar den extra kostnadsbördan för lastbilstransport, men inte för transport via rörledning, som uppskattades vara cirka sex gånger mer kostnadsintensiv jämfört med transport-LCOH i fallet med släpvagnsbilar. För att uppnå LCOH-paritet mellan scenarierna utanför och på plats (vid 10 €/kg.LH2) skulle det i fallet med släpvagnsbilen krävas en lägre energikostnad på minst 20 €/MWh och en lägre energikostnad för rörledningstransport på minst 40 €/MWh jämfört med kostnaden för inköp på plats. Även om det rekommenderas att intressenterna för framtida vätgasinfrastruktur kan överväga släpvagnar som ett lågkostnadsalternativ för en efterfrågan på några hundra ton per dag, ger tendenserna till minskade kostnader för rörledningar vid högre efterfrågan och längre livslängd jämfört med släpvagnar en fördelaktig position för gasledningar för en längre tidsperiod och bortom 2050 i fall där elpriserna på plats är höga.
Place, publisher, year, edition, pages
2023. , p. 97
Series
TRITA-ITM-EX ; 2022:503
Keywords [en]
Hydrogen Production, Value Chain Analysis, Levelized Cost of Hydrogen Production (LCOH), Hydrogen for Aviation, France, Toulouse Airport
Keywords [sv]
Analys av vätgasens värdekedja, kostnader för vätgasens försörjningskedja, LCOH, flytande vätgas, vätgas för luftfarten, Frankrike, Toulouse Airport;
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-323826OAI: oai:DiVA.org:kth-323826DiVA, id: diva2:1736777
Supervisors
Examiners
2023-02-142023-02-142023-02-14Bibliographically approved