This project proposes a hybrid system for hydrogen production, which includes a connection to the grid, a source of renewable energies, namely photovoltaic (PV), a Battery Energy Storage System (BESS), and a PEM (Proton Exchange Membrane) electrolyzer modelled from commercial technologies available. A dispatch optimization algorithm will evaluate the price of the energy inputs and the power available from the solar PV system and will decide the operation on an hourly basis to maximize net profit in a year timeframe. This algorithm will have a daily hydrogen production constraint. When the price of electricity is low, the energy is used for two purposes. First, to electrolyze water in the electrolyzer system and second, to store it in the BESS. The stored energy will be used to produce hydrogen when electricity prices are high or inject back to the grid when it is economically sound to do. The PV input will be used to alleviate the need for energy from the grid, therefore, it can be used to feed the electrolyzer or to store in the batteries or to inject back to the grid. In this study, a multi-energy system is modelled and its operation strategy for green hydrogen production is analyzed. Four topological scenarios were chosen, which include Scenario 1 (Grid + PEM), Scenario 2 (Scenario 1 + BESS), Scenario 3 (Scenario 2 + Grid injection), and Scenario 4 (Scenario 3 + Solar PV). These scenarios facilitate a comprehensive assessment of the system's economic and environmental performance contingent on the installed assets. In addition to the scenario analysis, the study broadens its scope by exploring two diverse geographical regions, Sweden and Spain, as case studies. This comparative approach offers invaluable insights into the role of factors like lower electricity prices and reduced solar energy availability, as observed in the Swedish case, versus the dynamics of higher electricity prices and abundant solar energy in the Spanish context. Lastly, the research undertakes a thorough sensitivity analysis, considering two pivotal factors with great influence over the system's behavior: hydrogen pricing and BESS capacity. This exploration enriches our understanding of how variations in these factors can impact the system's operational and economic viability. / Detta arbete presenterar ett hybridsystem för produktion av vätgas som integrerar elnätsanslutning, förnybar energiförsörjning genom solceller (PV), ett batterilager (BESS) och en PEM-elektrolysör. För detta energisystem har en optimeringsalgoritm för systemdrift skapats. Denna algoritm utvärderar energipriser och tillgänglig kapacitet från PV-systemet, och driftar systemet på timbasis för att optimera nettovinsten över ett år, med dagliga produktionsgränser för vätgas. När elpriset är lågt används energin för två ändamål: Att elektrolysera vatten i elektrolyssystemet, och att lagra det i batterilagret (BESS). Den lagrade energin från BESS kommer att användas för att producera vätgas när elpriserna är höga eller för att injicera tillbaka i elnätet när det är ekonomiskt försvarbart. Energin från PV-systemet används för att lindra behovet av energi från elnätet och kan användas för att driva elektrolysören, eller för att lagra i batterierna, eller för att injicera tillbaka i elnätet. I denna studie modelleras en elektrolysör, baserat på kommersiellt tillgängliga teknologier, och en driftsstrategi utvecklas för produktionen av grön vätgas. Fyra unika scenarier valdes ut: Scenario 1 (Nät + PEM), Scenario 2 (Scenario 1 + BESS), Scenario 3 (Scenario 2 + Injektion till Elnät) och Scenario 4 (Scenario 3 + Solenergi från PV). Dessa scenarier underlättar en omfattande bedömning av systemets ekonomiska och miljömässiga prestanda beroende på installeradetillgångar. Utöver scenarioanalysen vidgar studien sin omfattning genom att utforska två olika geografiska regioner, Sverige och Spanien, som fallstudier. Denna jämförelse ger värdefulla insikter i systemfaktorernas roll, där det Svenska fallet (med lägre elpriser och minskad tillgänglighet av solenergi) ställs emot the Spanska fallet (med högre elpriser och rikligt med solenergi). Slutligen genomför forskningen en noggrann känslighetsanalys och beaktar två avgörande faktorer med stor påverkan över systemets beteende: Priset på såld vätgas och BESS-kapaciteten. Denna utforskning berikar vår förståelse för hur variationer i dessa faktorer kan påverka systemets operativa och ekonomiska livskraft.

To support the large­scale integration of renewables in electricity grids, power­to­X­to­power (P2X2P) systems have been proposed. These systems serve to increase the flexibility of thermal power plants while potentially providing both economic and environmental benefits by allowing power from the plant to be redirected into an electrolyzer and converted to a gaseous energy carrier. In this study, the feasibility of a P2X2P system consisting of a combined cycle gas turbine (CCGT) power plant coupled with a PEM electrolyzer in the Italian power sector has been investigated. A dynamic technoeconomic model has been developed for both hydrogen and ammonia­based systems together with a profit maximizing dispatch strategy for operation in both day­-ahead and balancing electricity markets. As a part of this, a PEM electrolyzer model was also developed and validated against experimental data. Notable technical improvements were observed as a consequence of the implementation of a P2X2P system in the form of avoided shutdowns and a more even power output. However, any economic and environmental benefits of such improvements were not observed as the addition of the P2X2P system led to a reduction in net present value as well as higher specific emissions of carbon dioxide. When the gaseous energy carrier was utilized as fuel in the CCGT, similar technical performances were achieved by the hydrogen­based and ammonia­based systems. Due to the increased investment cost demanded by the ammonia production process the hydrogen­based system thus seems most suitable for this setup. / För att möjliggöra en storskalig utbyggnad av förnyelsebar energi har power­to­X­to­power­system (P2X2P) föreslagits som en potentiell lösning. Genom att omdirigera electricitet från kraftverket till en elektrolysator och därmed omvandla denna till vätgas kan dessa system förbättra den tekniska flexibiliten hos värmekraftverk samtidigt som de har potential att medföra både ekonomiska och miljömässiga fördelar. Detta examensarbete har undersökt den tekno­ekonomiska potentialen hos ett P2X2P­system bestående av ett gaskombikraftverk i anslutning till en elektrolysator i det italienska kraftnätet. En dynamisk, tekno­ekonomisk modell av både vätgas­ och ammoniakbaserade P2X2P­system samt en vinstmaximerande kontrollstrategi har utvecklats. En modell över en PEMelektrolysator har även utvecklats och validerats gentemot experimentella data. Införandet av ett P2X2P­system till kraftverket påvisade en teknisk förbättringspotential genom ett minskat antal uppstarter samt en mer jämn uteffekt. Huruvida denna tekniska förbättring också medför ekonomisk and miljömässig förbättring eller ej kvarstår att påvisa. Detta då nuvärdet minskade samtidigt som koldioxidutsläppen per producerad kilowatttimme ökade vid införandet av P2X2P­systemet. Då den producerade energibäraren, i form av vätgas eller ammoniak, enbart användes för att ersätta fossilgas som bränsle i kraftverket påvisades marginell skillnad i presetanda mellan de två systemen. De större kostnaderna som medförs av ett ammoniak­baserat system pekar därför på att ett vätgas­baserat system vore att föredra under sådana förutsättningar.

Society is facing major challenges to reduce the use of fossil sources. Two of the greatest goals are the UN’s Sustainable Development Goals to ensure access to sustainable energy for all by 2030 and the EU’s goal to be climate-neutral by 2050. Big changes need to be done to achieve this, all while the demand for both electricity and hydrogen gas is expected to increase drastically. The Swedish electricity demand is expected to double by 2045 and the hydrogen demand is expected to quadruple by 2030, compared to today’s levels. This paper has examined the optimal way to produce hydrogen gas in Halland, regarding performance, sustainability, and reliability. This was done by evaluating different scenarios for hydrogen production, the possibilities to utilize the waste heat and how the hydrogen gas is to be converted back to electricity. Three methods to produce hydrogen gas has been examined in this paper, AEC-, PEM- and SOE-electrolysis. Through literature studies PEM-electrolysis has been established as the most efficient way to produce renewable hydrogen gas. The method performs better than the other two regarding both mass of hydrogen gas produced per unit of energy used and the possibility to utilize the waste heat in the local district heating network. Five locations in Halland have been examined since they are considered suitable to house hydrogen production, Hyltebruk, Varberg, Falkenberg and in connection with two offshore windfarms. This paper does not take expansion of the existing electricity grid into consideration, which has made the result dependent on the various locations’ existing transmission capacity. This gives every place its unique conditions, creating unique possibilities. The largest and smallest production possible would be located in Varberg respectively Falkenberg, corresponding to nearly 100 % respectively 0.02 % of the expected hydrogen demand in Sweden by 2030. Due to the enormous requirements the expected future demand is putting on the industry, even the smallest contribution should be welcomed. / Samhället står inför stora utmaningar för att minska användandet av fossila källor. Några av de stora målen består av FN:s globala mål om hållbar energi för alla år 2030 och EU:s mål om klimatneutralitet till år 2050. För att nå dit krävs stora förändringar och behovet av både el och vätgas förväntas öka drastiskt. Sveriges elbehov förväntas mer än dubbleras till år 2045 medan vätgasbehovet förväntas fyrdubblas till år 2030, jämfört med dagens nivåer. Det här arbetet har undersökt hur man på bästa sätt relaterat till prestanda, hållbarhet och reliabilitet kan produceras vätgas i Halland. Detta utfördes genom att utvärdera olika scenarier för vätgasproduktion, möjligheterna till att tillvarata restvärme samt hur vätgasen kan konverteras tillbaka till el. De tre metoder för vätgasproduktion som arbetet baserats på är teknikerna AEC-, PEM- och SOE-elektrolys. Genom litteraturstudier har PEM-tekniken fastställts som den effektivaste metoden för förnybar framställning av vätgas. Tekniken presterar bäst både med avseende på massa vätgas producerad per konsumerad enhet energi och på möjligheten att utnyttja restvärmen i fjärrvärmenätet. Fem olika platser i Halland har undersökts då de ansetts lämpliga för vätgasproduktion, Hyltebruk, Varberg och Falkenberg samt i anslutning till två havsbaserade vindkraftsparker. Arbetet har avgränsats till att inte beröra utbyggnad av det befintliga elnätet vilket gjort att resultatet baserats på den befintliga överföringskapaciteten. Detta ger alla platser unika förutsättningar, vilka leder till unika möjligheter. Den största och minsta möjliga produktionen fastlås möjlig i Varberg respektive Falkenberg, motsvarande uppemot 100 % respektive 0,02 % av det förutspådda vätgasbehovet 2030. Även det minsta bidrag ska dock välkommas, i och med de enorma krav framtidens behov ställer på branschen.

The potential of hydrogen as a clean energy carrier is hotly debated, but it promises to significantly contribute to a sustainable energy future. Hydrogen can replace fossil fuels in carbon-intensive industries, heavy transport and aviation, and support a renewable energysystem by acting as energy storage to balance intermittent supply. With increasing investment, high demand projections and the promise of hydrogen to reduce carbon emissions, it is becoming increasingly important to include hydrogen in energy models. While some studies include hydrogen in their energy models, they don’t comprehensively analyse the effects of uncertainty, which is significant in the hydrogen sector. This thesis addresses this gap by developing a Nordic energy model that includes hydrogen supply and storage using OSeMOSYS, based on the European OSeMBE model. In addition to a scenario analysis, a global sensitivity analysis is performed to identify the most influential uncertainties and key interactions between the hydrogen and electricity sectors. The study identifies hydrogen demand and carbon pricing as key uncertain drivers of change, affecting system costs and emissions levels. Uncertainty about the efficiency of carbon capture and the potential for biomass technology with carbon capture and storage also significantly impact emissions. While the share of renewables is projected to be robust, the technologies used for hydrogen production are susceptible to uncertainties. Steam reforming dominates in the absence of a strong carbon price. Electricity and hydrogen from biomass can provide negative emissions and have the potential to play an important role in decarbonisation. However, biomass availability is limited and policy support like carbon pricing is needed to make these technologies competitive in the market. A key link between the electricity and the hydrogen system is electrolysers. However, while cheaper electricity makes electrolysers more attractive, the cost and performance of hydrogen production technologies, such as steam reforming or biomass gasification, are more relevant in determining which hydrogen technologies will dominate. Hydrogen storage and fuel cells aren’t used in the study, except in small amounts for some of the runs in the sensitivity analysis. However, this may change with a specified time-dependent hydrogen demand or a finer time representation in the model. The thesis shows that uncertainties around hydrogen have a much larger impact on emissions than uncertainties around the electricity system. Hydrogen technologies are in close competition, with steam reforming difficult to displace. While in the Nordic countries, the advance of renewables in electricity generation seems unstoppable, the hydrogen sector needs public policy support to become an ally in decarbonisation rather than a burden. / Vätgasens potential som en ren energibärare är omdiskuterad, men den kan bidra avsevärt till en hållbar energiframtid. Vätgas kan ersätta fossila bränslen i koldioxidintensiva industrier, tunga transporter och luftfart, och stödja ett förnybart energisystem genom att fungera som energilagring för att balansera intermittenta leveranser. Med ökande investeringar, prognoser om hög efterfrågan och löftet om att vätgas kan minska koldioxidutsläppen blir det allt viktigare att inkludera vätgas i energimodeller. Vissa studier inkluderar vätgas i sina energimodeller, men de analyserar inte effekterna av osäkerhet på ett heltäckande sätt, vilket är betydande inom vätgassektorn. Den här avhandlingen adresserar detta gap genom att utveckla en nordisk energimodell som inkluderar vätgasförsörjning och lagring med hjälp av OSeMOSYS, baserat på den europeiska OSeMBE-modellen. Förutom en scenarioanalys utförs en global känslighetsanalys för att identifiera de mest inflytelserika osäkerheterna och viktiga interaktioner mellan vätgas- och elsektorerna. Studien identifierar efterfrågan på vätgas och prissättningen på koldioxid som viktiga osäkra drivkrafter för förändring, vilket påverkar systemkostnader och utsläppsnivåer. Osäkerheten kring koldioxidavskiljningens effektivitet och potentialen för biomassateknik med koldioxidavskiljning och lagring påverkar också utsläppen avsevärt. Även om andelen förnybara energikällor förväntas vara robust, är de tekniker som används för vätgasproduktion känsliga för osäkerheter. Ångreformering dominerar i avsaknad av ett starkt koldioxidpris. Elektricitet och vätgas från biomassa kan ge negativa utsläpp och har potential att spela enviktig roll i utfasningen av fossila bränslen. Tillgången på biomassa är dock begränsad och politiskt stöd i form av t.ex. koldioxidpriser behövs för att göra dessa tekniker konkurrenskraftiga på marknaden. En viktig länk mellan el- och vätgassystemet är elektrolysörer. Men även om billigare el gör elektrolysörer mer attraktiva, är kostnaden och prestandan för vätgasproduktionstekniker såsom ångreformering eller förgasning av biomassa mer relevanta för att avgöra vilka vätgastekniker som kommer att dominera. Vätgaslagring och bränsleceller används inte i studien, förutom i små mängder för några av körningarna i känslighetsanalysen. Detta kan dock förändras med en specificerad tidsberoende vätgasefterfrågan eller en finare tidsrepresentation i modellen. Avhandlingen visar att osäkerheter kring vätgas har en mycket större inverkan på utsläppen än osäkerheter kring elsystemet. Vätgasteknikerna konkurrerar nära varandra, men ångreformering är svår att ersätta. I de nordiska länderna verkar framstegen för förnybara energikällor inom elproduktion vara ostoppbara, men vätgassektorn behöver offentligt politiskt stöd för att bli en allierad i utfasningen av fossila bränslen snarare än en börda.

I Sverige har målet länge varit att reducera mängden växthusgasutsläpp från transportsektorn [1]. Ambitionen har därför varit att försöka fasa ut användningen av fossila bränslen som till exempel diesel. Det har bland annat gjorts genom att öka andelen elbilar och skapa förutsättningar för det genom att etablera en storskalig infrastruktur för laddningsstationer runtom i landet. På senare tid har intresset för vätgas som ett potentiellt drivmedel för fordon ökat markant. Detta har i sin tur motiverat olika aktörer (industri, akademi, transportsektor och offentliga sektor) i Mellansverige att ingå i ett partnerskap för att tillsammans vidareutveckla detta mål genom att initiera samverkansprojektet ”Mid Sweden Hydrogen Valley”. Projektets ambition är att utforma och driva storskalig vätgasproduktion i syfte att bland annat stegvis introducera vätgasdrivna transportmedel i Gävle hamn som ett alternativ till nuvarande dieseldrivna fordon i hamnen. Detta då vätgasdrivna fordon erbjuder grön transport, längre körsträcka, snabbare påfyllningstid samt en viktmässigt lättare bränslelager jämfört med tunga batterier i elbilar. För att uppnå detta måste först vätgasinfrastruktur etableras för att skapa en tillgänglighet och därför har Mellansverige som huvudmål att ta en ledande roll.  Detta masterprojekt hade som mål att utforma och undersöka om en storskalig vätgasproduktionsanläggning som drevs på förnybar energi (vindkraft), hade potentialen att bli ekonomiskt lönsamt utifrån ett investeringskalkylsperspektiv. Detta gjordes genom att först konstruera en generell och optimerad konfiguration av en sådan anläggning. Detta tillvägagångssätt involverade bland annat att ta reda på vilka relevanta komponenter som behövdes, analysera lämpliga teknologier och undersöka komponenternas kommersiella tillgänglighet. En tekno-ekonomiskt analys tillämpades därefter på den färdigställda anläggningen. Den tekno-ekonomiska analysen genomfördes i form av en fallstudie för åren 2019, 2020 och 2021, där en fiktiv vätgasanläggning i Gävle hamn anslöts till en fiktiv havsbaserad vindkraftspark strax utanför hamnen. Denna havsbaserade vindkraft var i samma stund ansluten till nätet via en närliggande anslutningspunkt. Syftet var att ta reda på vid vilka spotpriser som funktion av vätgaspris, där det var lönsamt att producera vätgas i stället för att sälja elektriciteten direkt till elmarknaden. Dessa spotpriser räknades fram genom att subtrahera alternativintäkten av att sälja elen till nätet från vätgasens försäljningspris. Dessa spotpriser användes till att erhålla antalet lönsamma produktionstimmar av vätgas. Baserat på dessa lönsamma produktionstimmar kunde den totala generade inkomsten av vätgasförsäljning kalkyleras. Den slutliga vinsten beräknades genom avdrag av anläggningens fasta kostnader från den genererade rörliga inkomsten. Denna fallstudie är baserad på en djupgående litteraturstudie samt kontakt med Svenska Kraftnät (SvK), Energimyndigheten, diverse vindkraftsproducenter och Svea Vind Offshore. Tre varianter av fallstudien skapades där den enda skillnaden var storlekarna på huvudkomponenterna PEM elektrolys, kompressor, lager och vätgastankstation. I denna rapport valdes följande tre elektrolyskapaciteter: 5 MW, 10 MW och 20 MW.  Resterande komponenter dimensionerades utifrån elektrolysens kapacitet. Anledningen till att tre olika anläggningsvarianter studerades var för att ta reda på om det fanns ett tydligt samband mellan anläggningens storlek och sannolikheten att uppnå ekonomisk lönsamhet. Resultaten visade att dessa tre anläggningsstorlekar bar på olika för- och nackdelar. Fördelen som en 5 MW anläggning hade var till exempel flest antal produktionstimmar men nackdelen att den producerade minst mängd av vätgas. En 20 MW anläggning hade minst antal produktionstimmar men störst vätgasproduktion vilket resulterade i höga vinster. Enligt vad som kan förväntas låg 10 MW-anläggningen mellan 5 MW och 20 MW när det kom till antalet produktionstimmar och genererad vinst. Denna information var dock inte tillräcklig för att utfärda en slutlig bedömning gällande vilken anläggning som hade störst potential att uppnå lönsamhet. Detta grundade sig i att alla dessa anläggningsvarianter var enkelt konstruerade, vilket innebar att många mindre komponenter som också har en teknisk och ekonomisk inverkan, inte togs med i beräkningarna. Utöver detta så antogs även att anläggningen arbetade helt isolerat, vilket innebar att inget vätgasläckage ägde rum, något som inte överensstämmer i praktiken. / The goal to reduce emissions of greenhouse gases from the transportation sector in Sweden, has been ongoing for a while [1]. Therefore, the ambition to phase out the usage of fossil fuels such as diesel, has been actively taking place through different strategies. One such strategy is to increase the share of electric cars and apply a major effort in establishing a large-scaled infrastructure for charging stations throughout the country. Recently, interest in hydrogen as a potential fuel has significantly increased. This has in turn motivated different actors (industry, academia, transport, and public sector) in mid Sweden to form a partnership to further develop this goal by initiating a collaborative project called "Mid Sweden Hydrogen Valley”. The project’s ambition is to construct and operate a large-scale hydrogen production facility with the aim of, among other things, gradually introducing hydrogen fueled vehicles in Gävle harbor. The hydrogen fueled vehicles will pose as alternatives to current operating diesel fueled vehicles in the harbor. The plausible reasons for hydrogen fuel in the transport sector is that it offers green transport, longer driving distances, faster refueling time, and a lightweight fuel storage compared to the heavy batteries in electric cars. To achieve this, hydrogen infrastructure must first be established to create accessibility. Thus, the collaboration in mid Sweden has the mission of taking a leading role in this matter.  The aim of this master thesis is to investigate whether a large-scale hydrogen production facility powered by renewable energy (wind energy) has the potential of becoming economic viable from the perspective of an investment calculation. This investigation was executed by firstly constructing a generalized and optimized configuration of such a facility, which, in turn, was accomplished by analyzing what type of relevant equipment that was needed, studying, and selecting appropriate technologies, and examining the commercial availability of the equipment. Thereafter, a techno-economic analysis on the facility’s operational process was applied. This analysis was conducted in the form of a case study for the following target years 2019, 2020 and 2021, where a hydrogen production plant was placed in Gävle harbor and was connected to a hypothetical offshore wind farm, situated just outside the harbor. This offshore wind farm was simultaneously connected to the grid via a nearby connection point. The purpose was to determine which spot prices, as a function of different hydrogen prices, made it possible to produce and sell hydrogen at a profit rather than selling the electricity directly to the grid. These breakeven spot prices were computed by subtracting the alternative revenue of selling electricity to the grid from the selling price of hydrogen. Thereafter, these spot prices were used to obtain the profitable number of hydrogen production hours. Based on these hydrogen production hours, the total variable income generated from selling hydrogen could be calculated. Finally, the actual profit was calculated by deducting the facility's fixed costs from the generated income. This case study was based on an in-depth literature research and contact with Svenska Kraftnät (SvK), the Swedish Energy Agency, different wind power producers, and Svea Vind Offshore. Three variants of the case study were produced, where the only difference were the sizes of the main components: PEM electrolysis, compressor, storage, and hydrogen refueling station. In this report, the following three electrolyzer capacities 5 MW, 10 MW, and 20 MW, were selected. The dimensions of the other components were based on the electrolyzer’s capacity. The reason for producing three different facility sizes, was to determine whether there was a correlation between facility size and the probability of achieving economic profitability. The results showed that these three facilities possessed different advantages and drawbacks. The 5 MW facility had the advantage of obtaining the highest number of productions hours but had the drawback of generating the least volume of hydrogen. However, the 20 MW facility had the fewest production hours but the highest volume of hydrogen production, resulting in high profits. Lastly, the 10 MW facility fell between the 5 MW and 20 MW in terms of the number of production hours and generated profit. However, this information was not sufficient to make a final deciding of which facility size possessed the highest chance of achieving profitability. The reason for this is that the technical and economic impact of small components were disregarded in the calculations. Additionally, these facilities were also assumed to operate with perfect insulation, meaning no occurrence of hydrogen leakage took place, which is not realistic in practice.

I föreliggande avhandling undersöker Hultman hur bränsleceller och vätgas underolika tidpunkter beskrivits som delar i ett framtida energisystem 1978 – 2005. Detempiriska materialet som analyseras är statliga utredningar, böcker, rapporter,tidningsartiklar och riksdagstryck. Syftet är att undersöka vilka aktörer sombeskrev tekniken, på vilket sätt tekniken konstruerades samt hur dessa förflyttadesoch förändrades under olika tidsperioder. Avhandlingens empiri undersökstillsammans med teorier om utopier och förväntningar på teknik samt tidigareforskning om svensk energi- och miljöpolitik. Avhandlingen är indelad i kronologiskt strukturerade kapitel vilka länkas sammanav analytiska platåer. I slutkapitlet diskuteras resultaten av den historiskaförändringen från visionerna om vätgassamhällen till en vätgasekonomi i treteman. Inom det första temat analyseras omdaningar över tid med fokus påaktörer, argument och teknik. I det andra temat fokuseras hur föreställningar omtekniken byggdes upp till nya höjder mellan 2000-2005. Bland annat diskuterashur tekniska, ekonomiska, miljörelaterade och säkerhetsmässiga förväntningarskapades med hjälp av starka metaforer som vatten, vägkartan och marknaden.Dessa förväntningar gjordes på olika platser och lånades mellan lokaliteter. I dettredje temat diskuteras vätgasekonomin som en ekologiskt modern utopi. I ensådan extrapoleras framtiden utifrån en ökning i takten av teknikförändringarna,men samtidigt ska samhällsstrukturerna konserveras. / At the turn of the millennium, high expectations were connected to a technologycalled fuel cells. It was said that it could contribute in a significant way to solvingthe problem of increasing greenhouse gas concentrations in the atmosphere andreverse the greenhouse effect. But this was not the first time fuel cells andhydrogen has been described as a technology for the future and connected todifferent kind of utopias. On the contrary, this technology has a history ofexpectations connected to it and in this dissertation the period 1978 – 2005 isanalysed with focus on reoccurring arguments, main actors and how descriptionsof expectations move between different locations and different periods of time.These questions are answered with an analysis of empirical material that containsgovernmental reports, mass media articles, scientific reports as well as field notesfrom an participatory study. In this dissertation the analysis is read together withprevious research regarding Swedish energy- and environmental politics as wellas international research about fuel cell and hydrogen. The investigation is alsoinformed by theories about utopia and sociology of expectations. The main conclusion to be drawn from the historical period 1978 – 2005 is thatthe utopia hydrogen and fuel cells are said to be parts of change, from differentpossible hydrogen societies to one hydrogen economy. This change can beexemplified with changing roles of science, technology and the state as well ashow former environmental activists and political parties change their values.

Transportsektorn så som den ser ut i dagens samhälle är inte hållbar då den står för ungefär 30 % av Sveriges totala utsläpp av koldioxid. Detta beror framför allt på att fossila bränslen utgör det främsta drivmedlet inom transportsektorn, och alternativa lösningar måste därför undersökas. Två sådana alternativ är elbilar och bränslecellsbilar. För att ta reda på vilket av dessa elbilskoncept som har störst möjlighet att skapa en utsläppsfri transportsektor har livscykelanalyser genomförts för att jämföra de olika bilmodellerna ur ett livscykelperspektiv. De två bilmodeller som betraktas i studien är elbilen Tesla Model S och bränslecellsbilen Hyundai ix35 Fuel Cell. Analysen omfattar produktionen av de för bilmodellernas specifika komponenter, vilket för elbilen är batteriet och för bränslecellsbilen bränslecellen, vätgastankarna och batteriet, samt användningsfasen där även produktion av bränsle ingår. Distribution och återvinning av bilmodellerna har uteslutits ur denna studie. För genomförandet av livscykelanalyserna har programvaran SimaPro 7 som ger tillgång till ett stort antal databaser använts. Resultatet av studien visar att bränslecellsbilen har en lägre klimatpåverkan än en elbil sett ur ett livscykelperspektiv, med antagandet att vätgasen produceras med vattenkraftsproducerad el. Dock finns det en del osäkerheter i studien så som val av bilmodeller, material och processer vid produktionsfasen som kan ha påverkat resultatet. För att minska eventuella osäkerheter i beräkningarna undersöktes ytterligare två scenarion; ett där vätgasen som används i bränslecellsbilen producerats med en genomsnittlig svensk elproduktion och ett där ett mindre batteri användes i elbilen. Enligt resultatet av det första scenariot är bränslecellsbilen även då det bästa alternativet ur miljösynpunkt, medan elbilen skulle vara ett bättre alternativ om storleken på batteriet var mindre. Avslutningsvis kan konstateras att den största klimatpåverkan för de båda elbilskoncepten sker under produktionsfasen. Särskilt utmärkande är detta för elbilen, medan bränslecellsbilen har en högre klimatpåverkan under användningsfasen. Oavsett vilket av de undersökta elbilskoncepten som används kommer Sveriges transportsektor inte kunna bli koldioxidneutral inom den närmsta framtiden, och det är även svårt att avgöra vilket av koncepten som lämpar sig bäst för användning i större skala i en framtida svensk transportsektor. / The transport sector in today’s society is not sustainable since it contributes to about 30% of Sweden’s total greenhouse gas emissions. This is mainly due to the fact that the primary fuels used in the transport sector are fossil fuels. Therefore, alternative solutions must be investigated. Two such options that will be investigated in this report are battery electric vehicles and fuel cell vehicles. To find out which of these would have a greater possibility to create a zero-emission transport sector, the vehicles have been compared from a life cycle perspective by the performance of a life cycle assessment. The investigated vehicle models are the battery electric vehicle Tesla Model S and the fuel cell vehicle Hyundai ix35 Fuel Cell. The assessment includes production of the specific components for each vehicle, which are defined as the battery in the battery electric vehicle and the fuel cell, hydrogen tanks and battery in the fuel cell vehicle, along with the use phase and production of the fuel. Distribution and recycling of the vehicles have been excluded from the study. The software SimaPro 7, which gives access to several life cycle inventory databases, was used when performing the life cycle assessments. According to the result of the study, fuel cell vehicles have a lower impact on the climate than battery electric vehicles from a life cycle perspective, if the hydrogen is produced using hydroelectric energy. However, a number of uncertainties such as differences in the chosen vehicle models, and assumptions made regarding the materials and processes used in the production phase of the vehicles could have affected the result. Two additional scenarios were investigated to decrease these uncertainties; one where the hydrogen used in the fuel cell vehicle was produced using an average Swedish electricity production and one where a smaller size of the battery in the battery electric vehicle was used. In the first scenario, the fuel cell vehicle would still be the better option, but in the scenario where a smaller size of the battery was used, the battery electric vehicle would be the option with the lowest impact on the climate. It can be concluded that the greater part of the climate impact from the two vehicle concepts occurs during the production phase, particularly for the battery electric vehicle. The fuel cell vehicle, on the other hand, has a greater impact on the climate during the use phase. Regardless of which of the investigated electric vehicle concepts is used, it is not possible for the Swedish transport sector to become climate neutral within the near future, and it is also difficult to determine which concept would be more suitable for a large-scale usage in the future Swedish transport sector.

Det kommer ske en stor utbyggnad av elektrolys för produktion av vätgas i Sverigeoch övriga världen. För att sänka produktionskostnaden och därmed göra vätgasenbilligare analyserar denna rapport vilket behov av syrgas och värme som en landbaserad fiskodling har, samt hur mycket syrgas och värme fiskodlingen skulle behövaköpa från en elektrolysör. Analysen visar att de arter som används i studien - tilapia(Oreochromis, Oreochromis,. Alcolapia), regnbåge (Oncorhynchus mykiss) och lax(Salmo salar) - i en odling som producerar 40 ton fisk om året skulle förbruka cirka1,16 procent av syrgasen och cirka 0,35 procent av värmen från en 3 MW PEMelektrolysör. Försäljningsvärdet av syrgasen och värmen från en 3 MW elektrolysörberäknas till cirka 695 000 SEK/år för syrgasen och cirka 1 830 000 SEK/år för värmen. Den genomsnittliga kostnaden för syrgas och värme för arterna i studien i enodling på 40 ton/år beräknas till 8900 SEK/år för syrgasen och 6400 SEK/år förvärmen i en landbaserad fiskodling. / There will be a major expansion of electrolysis for production of hydrogen in Sweden and the rest of the world. To reduce production costs and thus make hydrogencheaper, this report analyzes how much oxygen and heat a fish farm consumes andtherefore would need to buy from an electrolyser. The analysis shows that the species used in the study - tilapia (Oreochromis, Oreochromis, Alcolapia), rainbow(Oncorhynchus mykiss) and salmon (Salmo salar) - in a farm that produces 40 tonsof fish per year would consume 1.16 percent of the oxygen and 0,35 percent of theheat produced from a 3 MW PEM electrolyzer. The value of the oxygen and theheat from a 3 MW electrolyser is calculated at SEK 694,939/year for the oxygenand SEK 1,829,813/year for the heat. The average cost for the species in the studyin a 40 tonne/year fish farm is calculated at SEK 8,900/year for the oxygen and SEK6,400/year for the heat in a land-based fish farm.

Förbränning av fossila bränslen är den största orsaken till ökade växthusgasutsläpp i atmosfären som i sin tur ligger till grund för klimatförändringarna. Europeiska Unionen uttrycker klimatförändringarna som ett existentiellt hot och har som mål att Europa ska bli en klimatneutral kontinent till år 2050. Arbetsmaskiner, som vanligtvis drivs på diesel, är ett energikrävande fordonsslag vid användning som år 2016 stod för 6 % av Sveriges totala växthusgasutsläpp. Vätgas kan vara ett alternativt drivmedel till diesel eller andra fossila drivmedel för att minska de utsläpp som arbetsmaskiner ger upphov till. Syftet med studien är att uppmärksamma arbetsmaskiners roll i en omställning till vätgasdrift samt sprida kunskap om vad en omställning skulle innebära för dagens användare av arbetsmaskiner. Detta görs genom att belysa möjlig etablering i nutid av fem utvalda vätgasdrivna arbetsmaskiner samt gestalta dem i ett framtida vätgassamhälle. De arbetsmaskiner som inkluderas i studien är hjullastare, pistmaskin, sopmaskin, traktor och motviktstruck. Metoden består av en förenklad litteraturöversyn i kombination med personlig kommunikation samt en anpassning av verktyget Technology Readiness Level (TRL) i syfte att bedöma den tekniska mognaden. Resultatet visar att det i dagsläget finns etableringsmöjligheter i olika former för samtliga arbetsmaskiner i regionen baserat på TRL. Vätgasdrivna motviktstruckar och sopmaskiner är båda tillräckligt mogna tekniker för att etableras direkt på marknaden genom inköp. Vätgasdrivna hjullastare, traktorer och pistmaskiner är fortfarande under utveckling och kan därför etableras i regionen genom forskning och ytterligare utveckling eller först efter produktlansering på marknaden. De utvalda vätgasdrivna arbetsmaskinerna kan verka i ett framtida vätgassamhälle på liknande vis som motsvarande fossildrivna arbetsmaskiner gör idag med fördelar som mindre miljöpåverkan, vibrationer och buller som i sin tur medför mindre underhållsbehov med tillhörande kostnader. Resultatet visar att det finns möjligheter redan idag att påskynda en förändring, inte bara i Gävleborg utan i hela Sverige. De utvalda arbetsmaskinerna är verksamma inom branscher som motsvarar stora delar av det svenska näringslivet, en omställning till vätgasdrift kan därför ha en stor betydelse för en nationell reducering av växthusgasutsläpp. Det finns stor potential, särskilt för aktörer inom industrin, att upprätta egen vätgasproduktion och därmed bli självförsörjande på vätgas som drivmedel till arbetsmaskiner. Detta kan bli en av de radikala förändringar som enligt EU behövs för att uppnå målet om att åstadkomma klimatneutralitet år 2050. / Burning of fossil fuels is the biggest cause of increased greenhouse gas (GHG) emissions into the atmosphere, which in turn leads to climate change. The European Union expresses climate change as an existential threat and aims to make Europe a climate-neutral continent by 2050. Non-road machinery vehicles (NMV), which are usually powered by diesel, are an energy-intensive type of vehicle during usage that in 2016 accounted for 6% of Sweden's total GHG emissions. Hydrogen can be an alternative fuel to diesel or other fossil fuels in order to reduce the emissions that originate from NMVs. The aim of this study is to draw attention to the role of NMVs in a conversion to hydrogen operation and to spread knowledge about what a conversion would mean for today's users of work machines. This is done by highlighting possible establishment in the present of five selected hydrogen powered NMVs and illustrate them in a future hydrogen society. The NMVs included in the study are wheel loaders, snow groomers, street sweepers, tractors and counterbalanced forklifts. The method consists of a simplified literature review in combination with personal communication and an adaptation of the tool Technology Readiness Level (TRL) in order to assess technical maturity. The results show that there are establishment opportunities in the present in various forms for all NMVs in Gävleborg based on TRL. Hydrogen powered counterbalanced forklifts and street sweepers are both sufficiently mature technologies to be established directly in the market through purchasing. Hydrogen powered wheel loaders, tractors and snow groomers are still under development and can therefore be established in the region through research and further development or after product launch. The selected hydrogen powered NMVs can operate in a future hydrogen society similarly to fossil-fueled NMVs but with benefits such as less environmental impact, vibrations and noise which in turn entails less maintenance needs with associated costs. There are opportunities already today to accelerate a change, not only in Gävleborg but throughout Sweden. The selected NMVs are active in industries that correspond to large parts of the Swedish business community, a transition to hydrogen operation can therefore be of great importance for a national reduction of GHG emissions. There is great potential, especially for players in the industry, to establish their own hydrogen production and thereby become self-sufficient in hydrogen intended for NMVs. This could be one of the radical changes that, according to the EU, are needed to achieve the goal of accomplishing climate-neutrality by 2050.

In conjunction with Sweden's goal of reducing emissions and dependence on fossil fuels in the transport sector, hydrogen technology has received considerable attention. Today, several studies are being carried out into hydrogen technology that focus on developing the production, application, storage and distribution of hydrogen. Energimyndigheten is investigating various strategies for hydrogen development to increase hydrogen production, develop green transports and opportunities for energy storage in Sweden. This study is about estimating the potential for hydrogen in heavy-duty vehicles in Västerås and investigating various possibilities for local hydrogen production. Gasification plants with capacities of 1, 5 and 10 MW are studied to analyze the gasification plant's design, operating conditions, costs and investment profitability. In addition, it is investigating the possibility of building a hydrogen filling station with hydrogen produced by an electrolysis plant in Rocklunda. For the electrolysis plant in Rocklunda, alkaline electrolysis from Nel Hydrogen (A150 and A300) with a power of 660 and 1320 kW and a daily production of 320 and 640 kg of hydrogen respectively are investigated. The electrolysis is connected to the electricity grid and the PV system in Rocklunda, while waste heat from the electrolysis is used to balance the district heating network.   The results of this study show that the potential for hydrogen can vary depending on the number of heavy hydrogen-powered vehicles, the mileage and the depreciation period. Different scenarios are discussed to get an estimation of what the development of hydrogen demand may look like. For a long-term scenario with high hydrogen demand, hydrogen production with a gasification plant is considered suitable. The total investment costs are estimated at 2.3, 4.7 and 7.7 million euros for 1, 5 and 10 MW plants. The production cost for each plant is estimated at 3.45, 2.28 and 2.12 euros per kg of hydrogen. The results also show that efficiency and costs for operation and maintenance are factors that have the greatest impact on production costs. For the net present value, efficiency and sales price are two factors that constitute the greatest impact.  For the A150 and a hydrogen filling station with a storage capacity of 400 kg per day, the total investment cost is estimated at 2.5 million euros. For the A300 and a hydrogen filling station with a capacity of 800 kg per day, the total investment cost amounts to 4.7 million euros. MATLAB is used to optimize hydrogen production that meets the estimated hydrogen demand and minimize costs in Rocklunda. The production cost per kg of hydrogen is estimated at 8 and 7 euros for the A150 and A300. For the electrolysis plant, the results show that the price of electricity has the greatest impact on the production cost, while the net present value is most affected by the electricity price and sales price for hydrogen. Furthermore, the results show that approximately 70% of the annual hydrogen production takes place with the electricity grid between 21 and 05 when the electricity price is low, which means that the hydrogen is not classified as green hydrogen.   The conclusion that has been drawn in this study is that hydrogen enables the electrification of heavy-duty vehicles with long driving distances. In 2024, it is expected that there will be the possibility of selling produced green hydrogen to build hydrogen filling stations in Sweden. Hydrogen production with an electrolysis plant in Rocklunda is a suitable method that can meet the hydrogen demand in the short term. However, this means higher costs for one kg of produced hydrogen.   To produce green hydrogen, green electricity from local electricity grid must be used in the electrolysis. Increased capacity on the PV system in Rocklunda is an alternative for increasing the proportion of green hydrogen. Hydrogen production with a gasification plant entails high investment costs but is suitable for large-scale production, which means that a high demand in the market is required to ensure investment profitability.