Efforts to mitigate climate change and current geopolitical disruptions have revealed that changes to the existing energy system are urgently required to offer sustainable and secure energy for Europe. Hence, the role of conventional thermal power plants is being challenged and new technologies providing additional functionality for the power grid are pushing into the market. Thus, system perspectives and considerations of synergies between different technologies become more important. Current research efforts are focused on the hybridization of renewable technologies, sector coupling, and repurposing of existing energy infrastructure. Nevertheless, literature is still lacking a system perspective analysis of these combined topics. For this purpose, a case study on integrating the existing Mellach combined cycle gas turbine (CCGT) power plant into a hybrid energy system dominated by PV and wind power via hydrogen production facilities is performed. The performance of this innovative storage power plant (ISPP) is assessed through an optimization-based techno-economic-environmental analysis. Further, the sensitivity of such a system to external uncertainties such as the electricity price, component costs, or CO2 emission pricing is evaluated.  Under the assumptions made, the retrofitting of the CCGT to be (co-)fired with hydrogen does not provide an economically feasible solution for repurposing the power plant. The results indicate that the highest revenues are obtained when natural gas firing in the CCGT is enabled. Simultaneously, this also causes the highest CO2 emissions. However, natural gas needs to be phased-out by 2030 to meet Austria’s climate target. Combining renewables with hydrogen-firing of the CCGT system or sales to the hydrogen market increases the system flexibility and resilience to external influences. However, the revenue streams from continuing the CCGT operation cannot offset the initial investment costs of the turbine upgrade. The investigated ISPP is subject to several uncertainties. Depending on the development of certain components or market properties, utilizing the existing power block through sector coupling with hydrogen can improve the system economics. Eventually, this can make the system profitable depending on the developments. The investigated system behavior shows an improved utilization of renewable energy by converting it into hydrogen instead of curtailing or selling the electricity at a low price. Hence, the investigated set of components is most profitable when the installed renewable energy capacity is a multiple of the maximum electric power of the existing CCGT power block. On the other hand, providing the option of blending natural gas with hydrogen is not economically beneficial under the assumptions made. Further, the results showed that an increase in EU ETS CO2 certificate prices would improve the profitability of the ISPP compared to the state-of-the-art operation with natural gas. Another finding of the analysis is the sensitivity of the hydrogen system to the electrolyzer cost. Meeting the near-term electrolyzer cost development target would significantly increase the optimal hydrogen system sizing, as well as the economic performance of the entire power plant. Additionally, the system can balance the power grid by operating the electrolyzer using grid electricity purchased at negative prices during hours of power oversupply, which is not possible in the existing configuration. It can be concluded that the investigated ISPP is more resilient to external influences given its enhanced operation flexibility and different revenue streams. / Bemötande av klimatförändringar och nuvarande geopolitiska störningar har avslöjat att förändringar av det befintliga energisystemet är nödvändiga för att erbjuda hållbar och säker energi för Europa. Därför ifrågasätts rollen för konventionella termiska kraftverk och nya teknologier som erbjuder ytterligare funktionalitet för elnätet gör sin inmarsch på marknaden. Därmed blir systemperspektiv och överväganden av synergier mellan olika teknologier allt viktigare. Aktuell forskning fokuserar på hybridisering av förnybara teknologier, sektorkoppling och omdaning av befintlig energiinfrastruktur. Trots detta saknas fortfarande en systemperspektivsanalys av dessa kombinerade ämnen i litteraturen. För detta ändamål genomförs en fallstudie om integrering av det befintliga kombikraftverket (CCGT) i Mellach i ett hybridenergisystem dominerat av sol- och vindkraft via vätgasproduktionsanläggningar. Prestandan för detta innovativa lagringskraftverk (ISPP) utvärderas genom en optimeringsbaserad teknisk-ekonomisk-miljömässig analys. Dessutom utvärderas känsligheten hos ett sådant system för externa osäkerheter som elpriset, komponentkostnader eller prissättning av koldioxidutsläpp. Under de antaganden som gjorts ger ombyggnaden av CCGT för att använda (co-)eldning med vätgas inte en ekonomiskt genomförbar lösning för omdaning av kraftverket. Resultaten indikerar att de högsta intäkterna uppnås när naturgaseldning i CCGT tillåts. Samtidigt orsakar detta också de högsta koldioxidutsläppen. Dock behöver naturgas fasas ut före 2030 för att uppnå Österrikes klimatmål. Att kombinera förnybara energikällor med vätgaseldning av CCGT-systemet eller försäljning till vätgasmarknaden ökar systemets flexibilitet och motståndskraft mot externa påverkan. Intäktsströmmarna från fortsatt drift av CCGT kan dock inte kompensera för de initiala investeringskostnaderna för uppgraderingen av turbinen. Det undersökta ISPP påverkas av flera osäkerheter. Beroende på utvecklingen av vissa komponenter eller marknadsegenskaper kan användningen av det befintliga kraftblocket genom sektorkoppling med vätgas förbättra systemekonomin. Slutligen kan detta göra systemet lönsamt beroende på utvecklingen. Det undersökta systembeteendet visar en förbättrad användning av förnybar energi genom att omvandla den till vätgas istället för att avbryta eller sälja el till ett lågt pris. Därför är det undersökta komponentsystemet mest lönsamt när den installerade kapaciteten för förnybar energi är flera gånger den maximala elektriska effekten hos det befintliga CCGT-kraftblocket. Å andra sidan är möjligheten att blanda naturgas med vätgas inte ekonomiskt fördelaktig under de antaganden som gjorts. Dessutom visade resultaten att en ökning av EU ETS-koldioxidcertifikatpriserna skulle förbättra lönsamheten för ISPP jämfört med dagens drift med naturgas. En annan slutsats från analysen är känsligheten hos vätgassystemet för elektrolysatorns kostnad. Att uppnå den närtidsmål för kostnadsutveckling för elektrolysatorn skulle signifikant öka den optimala storleken på vätgassystemet, liksom den ekonomiska prestandan för hela kraftverket. Dessutom kan systemet balansera elnätet genom att driva elektrolysatorn med el från elnätet som köps till negativa priser under timmar av överflödig kraft, vilket inte är möjligt i den befintliga konfigurationen. Slutsatsen är att det undersökta ISPP är mer motståndskraftigt mot externa påverkan med tanke på dess förbättrade driftflexibilitet och olika intäktsströmmar.

Germany’s commitment to carbon neutrality by 2045 underscores the need for climate action, with hydrogen’s multiple uses in industry, transport, and energy offering a viable solution. Efficient retrofitting of the extensive natural gas pipeline network can enable hydrogen to be transported from supply to demand centers. The aim of this study is to develop a hydrogen pipeline network strategy for Germany in 2045 that is consistent with carbon neutrality goals while minimizing associated costs. Using a single-period deterministic Mixed Integer Linear Programming (MILP) approach, the focus is on estimating peak-hour transport demand derived from the spatial distribution of demand and supply. This estimation is based on openly available data from the Germany Energy Agency (dena) pilot study on carbon neutrality. The methodology aims to allocate hydrogen energy flows along existing pipelines through a retrofitting approach. The base scenario is derived from the projected hydrogen demand and supply for a carbon-neutral Germany in 2045, as estimated in the dena pilot study. To explore different possibilities, a sensitivity analysis compares five different demand scenarios. Each scenario examines different hard-to-abate subsectors that have limited options for decarbonization. Evaluating the routes and utilization rates across the pipeline network provides insights into the feasibility, with certain routes, particularly those originating in the north, emerging as key. The majority of pipelines in the network have low utilization rates below 25% in peak hours, which may indicate economic infeasibility or the need for alternative transport strategies. In addition, a cost of avoided emissions analysis weighs scenario-specific emission reductions against network costs. Of particular note is the network connecting CHP plants and energy-intensive industries, which appears to strike an optimal balance in terms of costs of avoided emissions and utilization rate in peak hours. Nevertheless, the study does not consider physical flow calculations, so further validation is required in this respect. The potential of the methodology, however, liesin its ability to quickly assess different scenarios and provide valuable insights into economic, environmental, and social impacts. / Tysklands åtagande om koldioxidneutralitet senast 2045 understryker behovet av klimatåtgärder, och vätgasens många användningsområden inom industri, transport och energi erbjuder en hållbar lösning. Effektiv eftermontering av det omfattande naturgasledningsnätet kan göra det möjligt att transportera vätgas från utbuds- till efterfrågecentra. Syftet med denna studie är att utveckla en strategi för vätgasnätet i Tyskland 2045 som är förenlig med målen för koldioxidneutralitet och samtidigt minimerar de tillhörande kostnaderna. Med hjälp av en deterministisk MILP-metod (Mixed Integer Linear Programming) för en enda period ligger fokus på att uppskatta efterfrågan på transporter under maxtimmar utifrån den rumsliga fördelningen av efterfrågan och utbud. Denna uppskattning baseras på öppet tillgängliga data från denas pilotstudie om koldioxidneutralitet. Metoden syftar till att fördela vätgasenergiflöden längs befintliga rörledningar genom en eftermonteringsstrategi. Det grundläggande scenariot härleds från den beräknade efterfrågan och tillgången på vätgas för ett koldioxidneutralt Tyskland 2045, enligt uppskattningar i dena-pilotstudien. För att utforska olika möjligheter jämförs fem olika efterfrågescenarier i en känslighetsanalys. Varje scenario undersöker olika delsektorer som är svåra att minska och som har begränsade alternativ för utfasning av fossila bränslen. Utvärderingen av sträckningarna och utnyttjandegraden i rörledningsnätet ger insikter om genomförbarheten, där vissa sträckningar, särskilt de med ursprung i norr, framstår som viktiga. Majoriteten av rörledningarna i nätverkethar låga nyttjandegrader under 25% under rusningstid, vilket kan indikera ekonomisk ogenomförbarhet eller behovet av alternativa transportstrategier. Dessutom väger en kostnads-/nyttoanalys av utsläpp scenariospecifika utsläppsminskningar mot nätverkskostnader. Särskilt värt att notera är det nätverk som förbinder kraftvärmeverk och energiintensiva industrier, vilket verkar ge en optimal balans när det gäller kostnader för utsläpp och nyttjandegrad. Studien tar dock inte hänsyn till fysiska flödesberäkningar, så ytterligare validering krävs i detta avseende. Metodens potential ligger dock i dess förmåga att snabbt bedöma olika scenarier och ge värdefulla insikter om ekonomiska, miljömässiga och sociala effekter.

Infrastructural projects to realize the energy transition are framed by governmentsfrom all around the world very positively. This is also the case for green hydrogen,which is considered as a silver bullet to solve multiple crises simultaneously. ThisMaster thesis explores the drivers behind the ramp-up of the hydrogen economy inthe global South and elaborates on socio-economic and ecological implications ofgreen hydrogen production projects to analyse the truthfulness of the positivenarratives of the benefits of green hydrogen. To accomplish this, an internationalgreen hydrogen project led by the German-British company Hyphen and planned tobe established in Namibia, was used as an emblematic case study. Following the framework of the socioecological fix, the findings strongly indicatethat green hydrogen does not significantly contribute in solving the climate crisis andsocial problems. Contrarily, strongly influenced by domestic and internationalpolitics, the project in Namibia seems to primarily fix the crisis of capitalism, which isthe overaccumulation of capital that requires new ways of circulation to makecapitalism renew itself. By commodifying and integrating natural resources in globalvalue chains, the Namibian society is disadvantaged, and few actors, primarily fromabroad, profit. Similarly, the finance approach of the project pushes Namibia intopotential financial dependencies. Besides that, the legacy from German colonialismand South African occupation before liberation is manifested in where and how theinfrastructure of hydrogen production is envisioned and planned. There is a risk thatthe hegemonies of elite social classes sustain their position and that social inequalitiesmight be reinforced through a project heralded as benefitting the whole nation. By assessing the political ecology of green hydrogen, I contribute to a critical researchagenda, that considers global inequalities, colonial histories, and ideologies. This willhopefully help to build a foundation for a truly decolonial and just energy transition,all around the world. / Infrastrukturprojekt som bidrar till realiseringen av energiomställningen har fått enöverlag mycket positiv inramning av regeringar i världen. Detta gäller i synnerhetgrön vätgas vilket betraktas som en lösning till flertalet olika kriser. I denna master-uppsats undersöks drivkrafterna bakom den massiva ökningen av vätgas-ekonomin iden globala södern, samt de socioekonomiska och ekologiska konsekvenserna avprojekt som behandlar produktionen av grön vätgas. Vidare utvärderas huruvidaden positiva inramningen beskriver sanningen av dessa vätgasprojekt korrekt. Föratt uppnå detta användes ett grönt vätgasprojekt som leds av det tysk-brittiskakonsortiet Hyphen, och som planeras att etableras i Namibia, som en emblematiskfallstudie. Enligt ramverket socioekologisk fix som kommer från politisk ekologi,tyder resultaten starkt på att vätgas inte bidrar väsentligt till att lösa klimat-krisen ejheller sociala problem i den globala södern. Tvärtom, starkt påverkad av inhemskoch internationell politik, så verkar bidra till att lösa kapitalismens kristendens, vilketär överackumulering av kapital som kräver nya sätt för att cirkuleras så att kapital-ismen kan förnya sig själv. Genom att göra naturresurser till handelsvaror och integr-era dem i globala värdekedjor så riskerar det det namibiska samhället attmissgynnas, medan ett fåtal internationella aktörer tjänar på det. På samma sätt lederprojektets finansierings-strategi till att Namibia hamnar i ett potentiellt finansielltberoende. Dessutom syns arvet från tysk kolonialism och den sydafrikanskaapartheidregimens ockupation i och hur infrastrukturen för produktion av vätgasplaneras. På så sätt kan hegemoniska strukturer som vidmakthåller sociala eliter ochdärmed sociala ojämlikheter förstärkas genom ett projekt som sägs gynna helanationen. Genom att utvärdera den gröna vätgasens politiska ekologi bidrar jag tillen kritisk forskningsagenda som tar hänsyn till globala ojämlikheter, kolonialahistorier och olika ideologier. Detta kommer förhoppningsvis också att bidra till attrealisar en avkolonisering och rättvis energiomställning över hela världen.

This thesis emerged from a question that had been repeating itself in my head for a long period of time: If myself and the rest of the world face the fact that we are likely to keep flying for years to come for reasons somehow considered valid, how can we at the same time still contribute efficiently to achieving a more sustainable future of aviation? Based on this dilemma and focusing on the factor of impact, an actor with the power of creating a larger impact than a single individual was firstly identified. This actor also provides the perspective used in this thesis. Meaning, the perspective of international companies that rely on flying for business for the purpose of surviving and thriving. The report’s purpose is to explore the opportunities and barriers for these companies with a will to contribute to the transformation to a future of sustainable aviation. The criteria of this company category are being both “international” and also “dependent” on business aviation. The term "international" in this context will later be defined and clarified, just as the definition of "dependent". Furthermore, this thesis is written based on an abductive literature study combined with a case study of an anonymous company located in Zürich, Switzerland. The Companyis included in the above category and could validate the hypothesis that companies like these exist through a series of interviews with employees.The validation of this hypothesis also paved the way to further explore the research questions on how these companies as customers can work both internally and externally with other stakeholders to enhance a Demand-Pull effect towards a more sustainable direction. It also discusses the Technology-Push effect from other stakeholders and its role in driving sustainable innovation development and implementation in technologies such as SAF, hydrogen and electric aviation. How to contribute to this large shift of an entire industry as a company that neither has expertise in sustainability nor aviation is exactly what is presented in the result, discussion and conclusion. Also, the possible consequences for a business and its employees that can follow by being involved and contribute to aviation sustainability. In addition, a mapping of awareness, knowledge gaps, motivation, and incentives has been done in order to identify the barriers and opportunities of the issue. / Detta arbete härstammar från en fråga som upprepat sig i mitt huvud under en längre tid: Om jag och resten av världen står inför det faktum att vi sannolikt kommer att fortsätta flyga i flera år framöver av skäl som på något sätt anses giltiga, hur kan vi samtidigt fortfarande bidra effektivt till att uppnå en mer hållbar framtid för flygindustrin? Utifrån detta dilemma och med fokus på hur man kan påverka som mest, identifierades först en aktör med kraften att skapa ett större genomslag än en enskild individ. Denna aktör bidrar också med det perspektiv som används i denna rapport. Det vill säga, perspektivet av internationella företag som är beroende av att flyga i affärssyfte för att överleva och växa. Syftet med rapporten är att utforska möjligheter och hinder för dessa företag med en vilja att bidra till omvandlingen till en framtid för hållbart flyg. Kriterierna för denna företagskategori är att vara både "internationell" och även "beroende" av affärsflyg. Termen "internationell" i detta sammanhang kommer senare att definieras och förtydligas, precis som definitionen av "beroende". Vidare är denna uppsats skriven baserat på en abduktiv litteraturstudie kombinerad med en fallstudie av ett anonymt företag beläget i Zürich, Schweiz. Företaget ingår i ovan nämnda kategori och kan därmed validera hypotesen att företag som dessa existerar genom en serie intervjuer utförda med anställda. Valideringen av denna hypotes banade också vägen för att ytterligare utforska frågeställningen om hur dessa företag som kunder kan arbeta både internt och externt med andra intressenter för att förstärka en Demand-Pull-effekt mot en mer hållbar riktning. Rapporten diskuterar också Technology-Push-effekten från andra intressenter och dess roll i att driva hållbar innovationsutveckling och implementering inom teknologier som SAF, vätgas och elflyg. Hur ett företag kan bidra till detta stora skifte av en hel bransch utan kompetens inom hållbarhet eller flyg är precis vad som presenteras i resultat, diskussion och slutsats. Även de möjliga konsekvenserna för ett företag och dess anställda som kan följa genom att vara delaktiga och bidra till flygindustrins hållbarhet. Slutligen, har en kartläggning av medvetenhet, kunskapsluckor, motivation och incitament gjorts i syfte att identifiera var möjliga hinder och möjligheter finns.

The energy transition taking place in various parts of the world will have many effects on the current energy systems as an increasing amount of intermittent power supply gets installed every year. In Sweden, just as many other countries, this will cause both challenges and opportunities for today´s energy producers. Challenges that may arise along with an increasingly fluctuating electricity production include both power deficits at certain times and regions but also hours of over-production which can cause electricity prices to drop significantly. Such challenges will have to be met by both dispatchable power generation and dynamic consumption. Conversely, actors prepared to adapt to the new climate by implementing new technologies or innovative business models could benefit from the transition towards a fully renewable energy system.  This thesis evaluates the techno-economic potential of green hydrogen production at a combined heat and power plant with the objective to provide decision support to a district heat and electricity producer in Sweden. It was in the company’s interest to investigate how hydrogen production could help reduce the production cost of district heat as well as contribute to the reduction of greenhouse gases.  In the project, two separate business models: Power-to-gas and Power-to-power were evaluated on the basis of technical and economic performance and environmental impact. To do this, a mathematical model of the CHP plant and the hydrogen systems was developed in Python which optimizes the operation based on costs. The business models were then simulated for two different years with each year representing a distinctly different electricity market situation.  The main conclusions of the study show that Power-to-gas could already be profitable at a hydrogen retail price of 40 SEK per kg, which is the projected retail price for the transportation sector. The demand today is however limited but is expected to grow fast in the near future, especially within heavy transportation. Another limiting factor for hydrogen production showed to be the availability of storage space, as hydrogen gas even at pressures up to 200 bar require large volumes.  Power-to-power for frequency regulation was found to not be economically justifiable as the revenue for providing grid services could not outweigh the high investment costs for any of the simulated years. This resulted in a high levelized cost of energy at over 3000 SEK per MWh which was mostly due to the low capacity factor of the power-to-power system.  Finally, green hydrogen has the potential of replacing fossil fuels in sectors that is difficult to reach with electricity, for example long-haul road transport or the shipping industry. Therefore, green hydrogen production in large scale could help decarbonize many of society’s fossil-heavy segments. By also serving as a grid-balancer, hydrogen production in a power-to-gas process has the potential of becoming an important part of a renewable energy system. / Energiomställningen som äger rum i olika delar av världen kommer att ha många effekter på de nuvarande energisystemen eftersom en ökande mängd väderberoende kraftproduktion installeras varje år. I Sverige, precis som många andra länder, kommer detta att medföra både utmaningar och möjligheter för dagens energiproducenter. Utmaningar som kan uppstå tillsammans med en alltmer fluktuerande elproduktion inkluderar både kraftunderskott vid vissa tider och regioner men också timmar av överproduktion som kan få elpriserna att sjunka avsevärt. Sådana utmaningar måste mötas av både planerbar kraftproduktion och dynamisk konsumtion. Omvänt kan aktörer som är beredda att anpassa sig till det nya klimatet genom att implementera ny teknik eller innovativa affärsmodeller dra nytta av övergången till ett helt förnybart energisystem.  Denna rapport utvärderar den tekno-ekonomiska potentialen för produktion av grön vätgas vid ett kraftvärmeverk med målet att ge beslutsstöd till en fjärrvärme- och elproducent i Sverige. Det var i företagets intresse att undersöka hur vätgasproduktion kan bidra till att sänka produktionskostnaden för fjärrvärme samt bidra till att minska växthusgaser.  I projektet utvärderades två separata affärsmodeller: Power-to-gas och Power-to-power baserat på teknisk och ekonomisk prestanda samt miljöpåverkan. För att kunna göra detta utvecklades en matematisk modell i Python av kraftvärmeverket och vätgassystemen som optimerar driften baserat på kostnader. Affärsmodellerna simulerades sedan för två olika års elpriser för att undersöka modellens prestanda i olika typer av elmarknader.  De viktigaste slutsatserna i studien visar att Power-to-gas redan kan vara lönsamt till ett vätgaspris på 40 SEK per kg, vilket är det förväntade marknadspriset på grön vätgas for transportsektorn. Efterfrågan är idag begränsad men förväntas växa snabbt inom en snar framtid, särskilt inom tung transport. En annan begränsande faktor för vätgasproduktion visade sig vara tillgången på lagringsutrymme, eftersom vätgas även vid tryck upp till 200 bar kräver stora volymer.  Power-to-power för frekvensreglering visade sig inte vara ekonomiskt försvarbart, eftersom intäkterna för att tillhandahålla nättjänster inte kunde uppväga de höga investeringskostnaderna under några av de simulerade åren. Detta resulterade i en hög LCOE på över 3000 SEK per MWh, vilket främst berodde på Power-to-power-systemets låga utnyttjandegrad.  Slutligen kan det sägas att grön vätgas har stor potential att ersätta fossila bränslen i sektorer som är svåra att elektrifiera, exempelvis tunga vägtransporter eller sjöfart. Därför kan storskalig grön vätgasproduktion hjälpa till att dekarbonisera många av samhällets fossiltunga segment. Genom att dessutom fungera som balansering har väteproduktion i en Power-to-gas-process potential att bli en viktig del av ett system med stor andel förnybar energi.

Urgent CO2 mitigation strategies are crucial to combat climate change. Power-to-X encompasses the conversion of renewable electricity into carbon-neutral fuels, such as hydrogen and its derivatives. E-methanol, both an e-fuel and a platform chemical, can be obtained by combining hydrogen with biogenic CO2. Moreover, e-methanol holds the potential to defossilize both heavy transportation and chemical sectors, by reducing the reliance on fossil fuels. Sweden and Finland are global leaders in the wood processing industry, offering substantial potential for capturing and utilizing biogenic CO2 emissions from industrial flue gases in e-methanol production. The pulp and paper industry and the energy sector with combined heat and power plants are identified as the best point sources for biogenic emission capture in Sweden and Finland, due to their substantial use of biomass and biofuels. The thesis comprises a quantitative analysis with cost curve calculations to identify the key cost drivers of a power-to-methanol project. Additionally, a qualitative analysis is conducted to examine other important aspects influencing the project’s feasibility, such as power plant availability, environmental benefits, and grid availability. The levelized cost of e-methanol is calculated to range from 1,873 to 951 €/t depending on production capacity and electricity price area, compared to the current market value of fossil methanol estimated at an average of approximately 250 €/t. The key cost drivers for e-methanol projects include initial investments in technologies such as water electrolysis and carbon capture technology, as well as potential requirements for seasonal CO2 storage. A project’s geographical location will also impact production costs due to fluctuating electricity prices and grid availability in different electricity price areas. Among these areas, price area FI turned out to be the most feasible, while SE1 and SE3 are considered the least feasible regions for implementing a power-to-X project. Nevertheless, power-to-methanol presents an opportunity for the establishment due to society’s dependence on carbon. However, due to the high production costs, the realization of a power-to-methanol project might be infeasible without financial support, subsidies, and regulatory frameworks promoting and increasing the demand for sustainable and environmentally friendly fuels. / Akuta åtgärder krävs för att minska koldioxidutsläpp som är avgörande för att bekämpa den pågående klimatförändringen. Power-to-X innebär omvandling av förnybar elektricitet till koldioxidneutrala bränslen, såsom vätgas och dess derivat. E-metanol är både ett elektrobränsle och en viktig komponent inom kemikalieindustrin som främställs genom att kombinera grön vätgas och biogen koldioxid. E-metanol har potential att minska beroendet av kol inom sektorer för tungtransport och kemikalieindustrin genom att ersätta användandet av fossila bränslen. Sverige och Finland är världsledande inom skogsindustrin och har en betydande potential att fånga och använda biogen koldioxid från industriella rökgaser i produktionen av e-metanol. Pappersmassafabriker och energisektorn med kraftvärmeverk identifieras som de bästa punktkällorna för infångning av biogena utsläpp i Sverige och Finland, tack vare deras omfattande användning av biomassa och biobränslen. Uppsatsens omfattas en kvantitativ analys för kostnadsberäkningar, samt en kvalitativ analys för att undersöka andra viktiga aspekter som påverkar projektets genomförbarhet, såsom tillgänglighet av industrier, miljöfördelar samt möjligheten till att få en anslutningspunkt på elnätet. Produktionskonstnaden för e-methanol beräknas variera mellan 1 873 €/t till 951 €/t beroende på productionskapacitet och elprisområde, jämfört med det nuvarande marknadsvärdet för metanol som ligger runt 250 €/t. De primära kostnadsdrivarna i dessa projekt är investeringskostnaderna i tekniker så som elektrolyser och teknik för koldioxidinfångning, samt eventuella kostnader för långtidslagring av koldioxid. Projektets geografiska placering påverkar också produktionskonstanderna på grund av variationer i elpris och tillgång till elnätskapacitet i olika områden. Resultaten pekar på att det mest lämpliga prisområdet är FI, medan prisområde SE1 och SE3 anses vara minst lämpliga för implementeringen av ett power-to-X-projekt. Trots detta finns det stor potential för realiseringen av e-metanol baserat på samhällets beroende av kol. På grund av de höga produktionskostnaderna kan projektets genomförbarhet dock vara osäker utan ekonomiskt stöd, subventioner och regulationer som förespråkar och ökar efterfrågan på miljövänliga bränslen.

There has recently been an increased interest in hydrogen, both as a solution for seasonal energy storage but also for implementations in various industries and as fuel for vehicles. The transition to a society less dependent on fossil fuels highlights the need for new solutions where hydrogen is predicted to play a key role. This project aims to investigate technical and economic outcomes of different strategies for production and storage of hydrogen based on hydrogen demand and source of electricity. This is done by simulating the operation of different systems over a year, mapping the storage level, the source of electricity, and calculating the levelized cost of hydrogen (LCOH). The study examines two main cases. The first case is a system integrated with offshore wind power for production of hydrogen to fuel the operations in the industrial port Gävle Hamn. The second case examines a system for independent refueling stations where two locations with different electricity prices and traffic flows are analyzed. Factors such as demand, electricity prices, and component costs are investigated through simulating cases as well as a sensitivity analysis. Future potential sources of income are also analyzed and discussed. The results show that using an alkaline electrolyzer (AEL) achieves the lowest LCOH while PEM electrolyzer is more flexible in its operation which enables the system to utilize more electricity from the offshore wind power. When the cost of wind electricity exceeds the average electricity price on the grid, a higher share of wind electricity relative to electricity from the grid being utilized in the production results in a higher LCOH. The optimal design of the storage depends on the demand, where using vessels above ground is the most beneficial option for smaller systems and larger systems benefit financially from using a lined rock cavern (LRC). Hence, the optimal design of a system depends on the demand, electricity source, and ultimately on the purpose of the system. The results show great potential for future implementation of hydrogen systems integrated with wind power. Considering the increased share of wind electricity in the energy system and the expected growth of the hydrogen market, these are results worth acknowledging in future projects.

The aim of the project was to develop a method to measure and studythe degree of activation of the negative electrode (MH) in a NiMH battery.This was done by characterization of the gases produced during charge of a battery – O2 and H2 – using a Gas Chromatograph. The current applied in the very first charge of the battery was varied in order to examine how this affects the gas evolution. In the developed method, batteries were charged to 8Ah with 9A, after which a gas sample was taken and analyzed with Gas Chromatography. An additional goal was to use the method to examine the difference in activation between virgin and recycled negative electrode material. A module charged stepwise with 0.07C followed by 0.2C had the lowest share of H2 after two cycles, indicated best activation. However, a higher amount of H2 in the beginning of the activation process could possibly enhance the degree of activation during the following cycles. The method indicated that the module with recycled MH was better activated than the virgin MH. To improve the technique, repeated measurements to get better statistics should be done. Gas samples should be taken at dV/dt=0 in order to take samples at same SoC. The charge current should be adjusted so that the same C rate is always used. This would make the results easier to interpret.

Sverige har som mål att bli helt fossilfri till år 2045. Energymyndigheten har därför tagit fram ett förslag till Vätgasstrategi för att ställa om vätgasproduktionen till att vara helt fossilfri till 2045. Idag används ca 180 000 ton vätgas, vilket motsvarar ett energiinnehåll på ca 6 TWh. Termo-kemisk omvandling av fossila bränslen står för 67% av Sveriges vätgasproduktion, medan 30% är biprodukter från industriella processer och 3% produceras med elektrolysörer. Att ersätta all fossil vätgas med elektrolysör-baserad vätgas innebär en elförbrukning motsvarande 60-126 TWh/år, vilket är en ökning på 40-80% jämfört med de 159 TWh el producerade i Sverige 2020. Energimyndigheten bedömer att vätgas har en viktig roll i att lyckas göra Sverige fossilfritt, delvis genom att den ska kunna fungera som energibärare eller energilagring för att jämna ut variationer i produktion hos förnybara energikällor. Av den anledningen kommer antagligen behovet av vätgas öka, och därmed även energibehovet för att producera vätgas öka ännu mer än 60-126 TWh/år om den fossila vätgasen ska bli ersatt med endast elektrolysör-baserad vätgas. Med tanke på begränsningar i expansion av förnybar elproduktion, kommer behovet av vätgas antagligen inte kunna täckas av endast elektrolysör-baserad vätgas. Därför bör möjligheterna för att även satsa på bio-vätgas, där vätgas produceras av antingen bakterier eller genom refinery av biobaserade råvaror, undersökas. Detta examensarbete ska undersöka möjligheter för vätgasproduktion i Sverige och jämföra olika produktionteknikers förutsättningar. En hypotes är att en hållbar strategi är att kombinera elektrolysör-baserad vätgas med bio-vätgas för att få en diversifierad produktion. Att ha olika produktionsmetoder som komplementerar varandra ger en mer stabil och säker produktion, eftersom de kommer påverkas olika av förändringar i produktionsförutsättningar i samhället. Detta arbete söker svara på följande frågor: Vilka tekniker finns tillgängliga för industriell/kommersiell produktion, var borde R&D riktas för de tekniker som inte är redo för kommersiell produktion, vilket Carbon Footprint (CF) har de olika teknikerna, en uppskattad produktionskostnad för de olika teknikerna, och vilken tillgänglighet för de olika råvarorna finns i Sverige? / Sweden has a goal to be completely fossil-free by 2045. Accordingly, the government has published a suggested Hydrogen Strategy to have made all hydrogen production in Sweden fossil-free by 2045. The Swedish hydrogen use is 180,000 ton, equaling an energy content of 6 TWh/year. Thermo-chemical conversion of fossil fuels accounts for 67% of Swedens hydrogen production, while 30% is byproducts from industry and 3% is electrolysis production. To replace all fossil hydrogen with electrolysis production, would give an increase of electrical demand with 60-126 TWh/year, or 40-80% increase compared to the 159 TWh electricity produced during 2020 in Sweden. Furtherly, the Ministry of Energy deem hydrogen to be key in the general transformation of Sweden to become fossil-free, with one reason being that hydrogen can be used as energy carrier to even out the variations in electricity production that renewable energy has. The need of hydrogen will therefore most likely increase until 2045, thus the electric energy demand for hydrogen production will increase as well, if it would be replaced solely with production using electrolysis. Given the constraints to the capacity of electricity production from renewable sources alone in Sweden, the electricity demand for hydrogen cannot be met by the electricity production. Thus, the possible role of biohydrogen, where hydrogen is produced using biorefinery or microbial production, should be investigated. This master thesis project will investigate the feasibility of hydrogen production in Sweden and compare different options for hydrogen production. A hypothesis of the project is that the most sustainable strategy for hydrogen production in Sweden will be with a diversified portfolio of production designs. Both biohydrogen and electrolysis hydrogen from renewable energy will complement each other in the future. By doing so, the energy sector will be more sustainable and stable since the techniques do not react alike to change in production conditions. The report aims to answer: What techniques are available for industrial production, where should R&D be directed for techniques not ready for industry, what is the estimated carbon footprint (CF) of the industrially available techniques, what is the estimated production cost for each technique, what availability is there in Sweden for the feedstock needed for each technique?

This thesis investigates the potential utilisation of Zigrid’s distributed power modules for waste heat utilisation and electricity production within an industrial cluster. The study examines generated waste heat from a hydrogen production plant with a PEM electrolyser and Zigrid’s innovative energy generation capabilities. Furthermore, the study investigates changes in the value chain within the industrial cluster when integrating Zigrid’s power modules as a cooling technique and thereby replacing cooling towers. This integration offers various potential avenues for the excess waste heat, such as electricity production and district heating. An in-depth economic evaluation was performed, weighing the cost-effectiveness of Zigrid's power modules against traditional cooling towers. The economic assessment includes the Levelized Cost of Electricity (LCOE) for locally produced electricity and showcase the potential savings by reducing dependence on the grid. Furthermore, the study also highlights the potential benefits of harnessing Sweden's waste heat, forecasting Zigrid's prospective contribution to local electricity generation and substantial economic efficiencies.  The study's findings underscore the viability of Zigrid's power units in increasing local electricity generation, curbing emissions, enhancing grid stability, and fostering sustainable practices within industrial clusters. / Denna avhandling undersöker potentialen för användning av Zigrids distribuerade kraftmoduler för utnyttjande av spillvärme och elproduktion inom ett industriellt kluster. Studien granskar genererad spillvärme från en väteproduktionsanläggning med en PEMelektrolysör och Zigrids innovativa energiproduktionsförmåga. Vidare undersöker studien förändringar i värdekedjan inom det industriella klustret när Zigrids kraftmoduler integreras som en kylteknik och därmed ersätter kyltorn. Denna integration erbjuder olika potentiella vägar för överskott av spillvärme, såsom elproduktion och fjärrvärme. En djupgående ekonomisk utvärdering genomfördes, där kostnadseffektiviteten hos Zigrids kraftmoduler jämfördes med traditionella kyltorn. Den ekonomiska bedömningen inkluderar den nivåbaserad elkostnaden (LCOE) för lokalt producerad elektricitet och visar de potentiella besparingarna genom att minska beroendet av elnätet. Vidare belyser studien också de potentiella fördelarna med att utnyttja Sveriges spillvärme och förutspår Zigrids framtida bidrag till lokal elproduktion och betydande ekonomisk effektivitet. Studiens resultat understryker Zigrids kraftenheters livskraftighet för att öka lokal elproduktion, minska utsläpp, förbättra nätstabiliteten och främja hållbara metoder inom industrikluster.