Den globala ekonomin är idag starkt kopplad till utsläpp av växthusgaser samtidigt som det finns en stark enighet bland världens ledande länder att kraftigt minska de globala utsläppen i enlighet med Parisavtalet. Vätgas som produceras från förnyelsebara energikällor anses utgöra en nyckelroll för ett antal olika applikationsområden de kommande decennierna, där bland transportsektorn. Trots att framställningsprocessen bygger på väl utvecklad teknik finns det än idag väldigt få storskaliga produktionsanläggningar av grön vätgas, men teknikutvecklingen inom området är skyndsam. Rederi AB Gotland är idag Sveriges äldsta rederi och således en av de största aktörerna inom Gotlands transportsektorn. Företaget ser idag över möjligheten för att driftsätta Sveriges första storskaliga vätgasdrivna gods- och passagerarfartyg, GotlandHorizon, vilket är en viktig del i företagets miljöarbete. Huvudsakligen avser företaget attvätgasen produceras lokalt på Gotland, vilket föranleder till en rad olika tekniska utmaningarrelaterade till elproduktion, vätgasframställning och distributionssystem. Med bakgrund av detta har en förstudie tillsammans med Uppsala universitet och projektet “Vätgasbaserad färjetrafik” genomförts för att påvisa och kartlägga viktiga aspekter kring ett framtida produktionssystem av grön vätgas samt kartlägga vilka tekniska lösningar som inom tidsramen för projektet är tekniskt genomförbara. Resultatet av förstudien ska kunna användas som grund för utformning av framtida beräkningsmodeller. Av förstudien framgår det att vattenelektrolys i kombination med en utbyggnation av vindkraft teoretiskt kan möta både det efterfrågade elbehovet för elektricitet och således Gotland Horizons vätgasbehov. Det uppskattade elbehovet för framställning av vätgas genom vattenelektrolys motsvarar dock Gotlands idag totala energikonsumtion, vilket såldes utgör en storutmaning. En annan viktig faktor för processen är en tillförlitlig processvattenförsörjning. Gotland har de senaste åren haft en problematisk grundvattensituation samt att dricksvattenproduktionen på Gotland är begränsad. I studien har de viktiga aspekterna kring utformningen av produktionssystemets analyserats. De ekonomiska aspekterna har också redovisats för att ligga till grund för en optimeringsmodell för vidare analys och optimering av produktionssystemet. Av de beräkningsmodeller som genomförts påvisas att både havsbaserad- samt landbaserad vindkraft kan tillgodose behovet av elproduktion för vattenelektrolys, det är snarare en fråga om hur systemet ska optimeras samt vilka synergieffekter som respektive system kan medförasom bestämmer systemets utformning. Solenergi har ansetts vara tekniskt möjligt men till bakgrund av att efterfrågan på elektricitet året runt är hög anses anläggningen bli orealistiskt stor. Också aspekter gällande produktionssystemet utformning, centraliserat eller decentraliserats, har diskuterats. Till bakgrund av de stora ekonomiska storskalsfördelarna som uppskattas för elektrolysörer inom de kommande åren anses ett centraliserat produktionssystem vara det mest tänkbara utifrån ett ekonomiskt perspektiv. Det har också konstaterats att havsbaserade vätgaspipelines kan bli aktuellt vid havsbaserad vätgasproduktion, det för att minimera kapitalkostnaderna för distributionen av energivektor, vilket skulle kunna minska produktionskostnaderna för vätgas från havsbaserad vindkraft. / The global economy today is strongly linked to greenhouse gas emissions while there is a strong consensus among the world's leading countries to significantly reduce global emissions in accordance with the Paris Agreement. Hydrogen produced from renewable energy sources is considered to play a key role within a several different application areas in the coming decades, including the transport sector. Even though the production process is based on welldeveloped technology, there are still very few large-scale production facilities of green hydrogen, but technological development in the field is rapid. Rederi AB Gotland is today Sweden's oldest shipping company and thus one of the largest players in Gotland's transport sector. The company is currently reviewing the possibility of commissioning Sweden's first large-scale hydrogen-powered freight and passenger vessel, Gotland Horizon, which is an important part of the company's environmental work. Mainly, the company intends that the hydrogen is produced locally on Gotland, which leads to a variety of technical challenges related to electricity production, hydrogen production and distribution systems. With this background, a feasibility study together with Uppsala University and the project "Hydrogen-based ferry traffic" has been carried out to demonstrate and map important aspects of a future production system of green hydrogen and to map which technical solutions within the time frame of the project are technically feasible. The results of the feasibility study can be used as a basis for designing future calculation models. The feasibility study shows that water electrolysis in combination with an expansion of wind power can theoretically meet both the demanded electricity demand for electricity and thus Gotland Horizon's hydrogen needs. However, the estimated electricity demand to produce hydrogen through water electrolysis corresponds to Gotland's current total energy consumption, which was sold poses a major challenge. Another important factor for the process is a reliable process water supply. In recent years, Gotland has had a problematic groundwater situation and the drinking water production on Gotland is limited. In the study, the important aspects of the design of the production system have been analyzed. The economic aspects have also been accounted for to form the basis for an optimization model for further analysis and optimization of the production system. From the calculation models carried out, it is shown that both offshore and onshore wind power can meet the need for electricity production for water electrolysis, it is rather a question of how the system should be optimized and what synergies each system can bring that determine the design of the system. Solar energy has been considered technically possible, but given that the demand for electricity all year round is high, the plant is considered to be unrealistically large. Aspects of the design of the production system, centralised or decentralised, have also been discussed. Considering the large economic economies of scale appreciated for electrolysers in the coming years, a centralized production system is considered the most conceivable from an economic perspective. It has also been recognized that offshore hydrogen pipelines may be relevant in offshore hydrogen production, in order to minimize the capital costs of energy vector distribution, which could reduce the production costs of hydrogen from offshore wind.

The European Energy system is currently transitioning towards a reduced use of fossil fuels and increasing use of renewable energy. Hydrogen as energy carrier for renewable electricity has a potential to play a significant role in this transition. It can be stored and transported in its gaseous or liquid state, and utilized in industries that require highprocess heat, which makes them difficult to decarbonize. Further, hydrogen storage canbe employed to store over‐produced renewable electricity in large scale and for long periods of time. This research aims to develop a methodology to conduct a layout and dispatch optimization for utilizing locally produced hydrogen. The objective is to find the least cost supply pathway for a defined demand. In this case study, hydrogen is produced by water electrolysis supplied by the local electricity grid and renewable electricity, such as solar PV, onshore and offshore wind turbines. The scope is limited to gaseous hydrogen thereby the distribution is also limited to pipelines or road trucks. The optimized supplychain comprises four main stages: I) electricity generation and storage; II) hydrogen production; III) hydrogen compression and storage; IV) hydrogen transportation to the end consumer. It results in the system's optimum hourly dispatch schedule and a proposed least‐cost layout. The developed methodology is finally applied to an industrial case study in Sweden, for which scenarios with varying boundary conditions are tested. The least cost supply chain for the case study resulted in a system solely supplied with electricity purchased from the grid, a PEM electrolyzer, a hydrogen storage in a Lined Rock Cavern, and hydrogen transport via pipeline. The lowest Levelized Cost of Hydrogen from electricity purchase until delivery is 5.17 EUR/kgH2. The study concludes that there is no one optimum solution for all and the constraints of the optimization problem need to be evaluated case by case.The study further highlights that intermittency and peaks of both electricity availability and hydrogen demand can lead to an increase in system cost owing to the oversizing and storage needs. / Det europeiska energisystemet är för närvarande i en övergångsprocess mot en minskande användning av fossila bränslen och en ökande användning av förnybar energi. Vätgas som energibärare för förnybar el har potential att spela en viktig roll i denna övergång. Vätgas kan lagras och transporteras i gasform eller flytande form, och användas i industrier som kräver hög processvärme vars koldioxidutsläpp därför är svåra att minska. Vidare kan vätgaslagring användas för att lagra överproducerad förnybar el istor skala och under långa perioder. Denna forskning syftar till att utveckla en metod för layout och distributions optimering för utnyttjandet av lokalt producerad vätgas. Målet är att hitta den minst kostsamma försörjningsvägen för en definierad efterfrågan. I den här fallstudien produceras vätgas genom vattenelektrolys som försörjs av det lokala elnätet och förnybar el, t.ex. solceller, vindkraftverk på land och till havs. Omfattningen är begränsad till gasformig vätgas och därmed är distributionen också begränsad till rörledningar eller lastbilar. Den optimerade försörjningskedjan består av fyra huvudsteg: I) elproduktion och lagring, II) vätgasproduktion, III) komprimering och lagring av vätgas, IV) transport av vätgas till slutkonsumenten. Metodens output är systemets optimala timplan och ett förslag till layout med den lägsta kostnaden.  Den utvecklade metoden tillämpas slutligen i en industriell fallstudie i Sverige, för vilken scenarier med varierande randvillkor testas. Den minst kostsamma försörjningskedjan för fallstudien resulterade i ett system som enbart försörjs med el som köps från nätet, en PEM‐elektrolyser, ett magasin för vätgaslagring i ett fodrat bergrum och vätgastransport via en rörledning. Den lägsta Levelized Cost för vätgas från el inköp till leverans är 5,17EUR/ kgH2. I studien dras slutsatsen att det inte finns någon optimal lösning i allmänhet och att begränsningarna i optimeringsproblemet måste utvärderas från fall till fall. Studien belyser vidare att ostadighet och toppar i både eltillgången och efterfrågan på vätgas kan leda till en ökning av systemkostnaderna på grund av överdimensionering och lagringsbehov.

There is a well-established market for hydrogen, mainly for refining purposes, producing chemicals, and producing fertilizers. Today, almost all hydrogen is sourced from fossil fuels, with less than 1% of hydrogen sourced from renewable sources. Alternative solutions for fossil-free hydrogen are necessary to ensure that the demand for hydrogen can be met in a sustainable fashion. The objective of this study is to analyse the feasibility and cost-effectiveness of combining hydrogen production through electrolysis with electricity production from an array of wave energy converters to supply the hydrogen market with fossil-free hydrogen. A techno-economic analysis is performed for 16 cases of offshore hydrogen production and storage in eastern Japan, using three storage mediums; Compressed hydrogen, liquid hydrogen and ammonia. Technical and economical specifications of all components required for the production systems are modelled for each case to find the most beneficial system through the Levelized Cost Of Hydrogen (LCOH), which is compared to other available renewable and fossil hydrogen sources today. The production systems evaluated in this study reach an LCOH of $5.5-7.1 /kgH2 depending on the hydrogen storage medium, where compressed hydrogen is the cheapest. This can be considered competitive with other renewable hydrogen sources, but not with fossil counterparts. / Det finns en väletablerad marknad för vätgas, främst för raffinering och framställning av kemikalier samt gödningsmedel. Idag produceras nästan all vätgas av fossila bränslen, med mindre än 1% från förnybara källor. Alternativa lösningar för förnybar vätgas är nödvändiga för att möta efterfrågan på ett hållbart sätt. Syftet med denna studie är att analysera om det är ekonomiskt försvarbart att producera vätgas offshore genom elektrolys av el från vågkraftverk för att förse vätgasmarknaden med fossilfri vätgas. Detta utförs genom en tekno-ekonomisk analys av 16 fall av havsbaserad vätgasproduktion och lagring i östra Japan. Fallen behandlar tre lagringsmedium; komprimerad vätgas, flytande vätgas och ammoniak. Tekniska och ekonomiska specifikationer för alla komponenter som krävs för produktionssystemet modelleras för varje fall. Det mest fördelaktiga systemet beräknas genom Levelized Cost of Hydrogen (LCOH), som jämförs med andra tillgängliga förnybara och fossila produktionssystem för att avgöra systemets konkurrenskraft på marknaden. Produktionssystemen som utvärderas i denna studie har en LCOH från $5.5-7.1 /kgH2 beroende på lagringsmedium, där komprimerad vätgas är det billigaste. Detta resultat kan betraktas som konkurrenskraftigt med andra förnybara vätgaskällor, men inte med fossila motsvarigheter.

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.

Hydrogen has the potential to become an important energy carrier in the future with many areas of applications, as a clean fuel for transportation, heating, power generation in places where electricity use is not fit, etc. Already today hydrogen plays a key role in numerous industries such as petroleum refineries and chemical industries. There are different production methods for hydrogen. Today, natural gas reforming is the most commonly used. With the growing importance of green production paths, hydrogen production by electrolysis is expected to grow. Two main electrolyzer technologies are used today; alkaline and polymer electrolyte membrane electrolyzer. High-temperature electrolyzers are also interesting techniques, where solid oxide is under development and molten carbonate electrolyzers is researched. In this thesis, a comparative life cycle analysis was performed on the alkaline and molten carbonate electrolyzer. Due to inaccurate inventory data for the molten carbonate electrolyzer, those results are excluded from the published thesis. The environmental performance of the alkaline electrolyzer technology was compared to that of the solid oxide and the polymer electrolyte membrane electrolyzers. The system boundaries were set as cradle to gate. Thereby, the life cycle steps included in the study are raw material extraction, electrolyzer manufacturing, hydrogen production, and transports in between these steps. The functional unit was chosen as 100 kg produced hydrogen gas. The results show that the polymer electrolyte membrane electrolyzer has the lowest environmental impact out of the compared technologies. It is also determined that the lifetime and the current density of the electrolyzers have significant impact on their environmental performance. Moreover, it is established that electricity for hydrogen production has the highest environmental impact out of the electrolyzers life cycle steps. Therefore, it is important to make sure that the electricity used for hydrogen production derives from renewable sources. / Vätgas har potential att spela en viktig roll som energibärare i framtiden med många användningsområden, såsom ett rent bränsle för transporter, uppvärmning, kraftförsörjning där elproduktion inte är lämpligt, med mera. Redan idag är vätgas ett viktigt inslag i flera industrier, där ibland raffinaderier och kemiska industrier. Det finns flera metoder för att producera vätgas, där reformering av naturgas är den största produktionsmetoden idag. I framtiden spås vätgasproduktion med elektrolys bli allt viktigare, då hållbara produktionsprocesser prioriteras allt mer. Idag används främst två elektrolysörtekniker, alkalisk och polymerelektrolyt. Utöver dessa är högtemperaturelektrolysörer också intressanta tekniker, där fastoxidelektrolysören är under utveckling och smältkarbonatelektrolysören är på forskningsstadium. I det här examensarbetet har en jämförande livscykelanalys utförts på alkalisk- och smältkarbonatelektrolysören. På grund av felaktiga indata för smältkarbonatelektrolysören har dessa resultat uteslutits från den publika rapporten. Miljöpåverkan från den alkaliska elektrolysören har sedan jämförts med miljöpåverkan från fastoxid- och polymerelektrolytelektrolysörerna. Systemgränserna sattes till vagga till grind. De livscykelsteg som inkluderats i studien är därmed råmaterialutvinning, elektrolysörtillverkning, vätgasproduktion och transporter mellan dessa steg. Den funktionella enheten valdes till 100 kg producerad vätgas.  Resultaten visar att polymerelektrolytteknologin har den lägsta miljöpåverkan utav de tekniker som jämförts. Resultaten påvisar också att livstiden och strömtätheten för de olika teknikerna har signifikant påverkan på teknikernas miljöpåverkan. Dessutom fastslås att elektriciteten för vätgasproduktion har högst miljöpåverkan utav de studerade livscykelstegen. Därför är det viktigt att elektriciteten som används för vätgasproduktionen kommer ifrån förnybara källor.

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.

In face of climate change, Europe and other global actors are in the process of transitioning to carbon-neutral economies, aiming to phase out of fossil fuels and power industries with renewable energies. Hydrogen is going to play a crucial role in the transition, replacing fossil fuels in hard-to-decarbonize industries and acting as energy carrier and energy storage for renewable electricity. However, the hydrogen production method with the lowest carbon intensity, water electrolysis in combination with renewable electricity, is often not cost competitive to other production methods. Even though policies and initiatives are providing subsidies to scale up low-carbon hydrogen production, companies hesitate to invest due to the complexity of hydrogen production systems and the uncertainties of cost competitiveness. This research aims to develop a tool for optimizing the capacity of a water electrolysis system to produce low-carbon hydrogen and to lay the groundwork for optimizing the operation of electrolysis hydrogen production plants. The objective is to find the optimal plant capacity to achieve the lowest cost of hydrogen production for a defined hydrogen demand and energy supply. The scope is limited to the electrolysis system as optimizing asset which is modeled with technology-specific costs and characteristics, gained from manufacturer interviews and internal company data. This includes the often neglected characteristics of load-dependent efficiency and degradation effects. Further, the tool is enabled to buy and sell electricity on the spot market according to predicted prices in order to minimize the electricity costs. The developed tool is tested, benchmarked and applied to two different industry-based test scenarios in Germany and Portugal. The test scenario in Germany describes a mid-scale hydrogen production case for a transport application with a demand increase over 10 years (80 to 1,800 tons per year) and regional renewable energy supply via power purchase agreements. The lowest costs of hydrogen production for this scenario can be reached with an alkaline electrolysis system of a capacity of 16 MWel considering only renewable energy sources, achieving a LCOH of 4.75 €/kg of green hydrogen. The second test scenario describes a large-scale production case in Portugal for application in the refinery industry. The yearly hydrogen demand increases from 5,000 tons up to 17,100 tons within three years and is assumed to stay constant for the residual years. The electricity for the electrolysis process is secured through large solar PV and offshore wind power purchase agreements. Utilizing the alkaline electrolysis technology with a capacity of 128 MWel, a LCOH of 3.31 €/kg of green hydrogen can be achieved at the output point of the plant. The study concludes that the optimal solution and the achievable hydrogen production costs are highly dependent on the hydrogen demand (quantity and profile), the energy supply (quantity, profile, costs), and the chosen technology (efficiency, degradation, costs) and need to be evaluated under the case-specific prerequisites. The thesis further highlights the significant impact of the electrolysis system efficiency and capital expenditures on the capacity decision and achievable hydrogen production costs. / Mot bakgrund av klimatförändringarna håller Europa och andra globala aktörer på att ställa om till koldioxidneutrala ekonomier, med målet att fasa ut fossila bränslen och driva industrier med förnybara energikällor. Vätgas kommer att spela en avgörande roll i omställningen genom att ersätta fossila bränslen i industrier som är svåra att koldioxidneutralisera och fungera som energibärare och energilagring för förnybar el. Den metod för vätgasproduktion som har lägst koldioxidintensitet, vattenelektrolys i kombination med förnybar el, är dock ofta inte kostnadsmässigt konkurrenskraftig i förhållande till andra produktionsmetoder. Även om politik och initiativ tillhandahåller subventioner för att skala upp koldioxidsnål vätgasproduktion, tvekar företagen på grund av komplexiteten i vätgasproduktionssystemen och osäkerheten kring konkurrenskraften. Denna forskning syftar till att utveckla ett verktyg för att optimera kapaciteten hos ett vattenelektrolyssystem för att producera grön vätgas och att lägga grunden för att optimera driften av elektrolysanläggningar för vätgasproduktion. Målet är att hitta den optimala anläggningskapaciteten för att uppnå den lägsta kostnaden för vätgasproduktion för en definierad vätgasefterfrågan och definierad energiförsörjning. Omfattningen är begränsad till elektrolyssystemet som en optimerande tillgång som modelleras med teknikspecifika kostnader och egenskaper, hämtade från tillverkar-intervjuer och från företags interna marknadsdata. Detta inkluderar de ofta försummade egenskaperna hos lastberoende effektivitet och degraderingseffekter. Vidare kan verktyget köpa och sälja el på spotmarknaden enligt förutspådda priser för att minimera elkostnaderna. Det utvecklade verktyget testas, jämförs och tillämpas på två olika industribaserade testscenarier i Tyskland och Portugal. Testscenariot i Tyskland beskriver en medelstor vätgasproduktion för en transporttillämpning där efterfrågan ökar över 10 år (80 till 1 800 ton per år) och regional förnybar energiförsörjning via energiköpsavtal (power purchase agreements). De lägsta kostnaderna för vätgasproduktion för detta scenario kan uppnås med ett alkaliskt elektrolyssystem med en kapacitet på 16 MWel som endast använder förnyelsebara energikällor och uppnår en LCOH på 4,75 €/kg grön vätgas. Det andra testscenariot beskriver en storskalig vätgasproduktion i Portugal för tillämpning inom raffinaderi-industrin. Det årliga vätgasbehovet ökas från 5 000 ton till 17 100 ton inom tre år och antogs förbli konstant under de återstående åren. El för elektrolysprocessen säkras genom stora energiköpsavtal (power purchase agreements) för solceller och havsbaserad vindkraft. Genom att använda alkalisk elektrolysteknik med en kapacitet på 128 MWel kan en LCOH på 3,31 €/kg grön vätgas uppnås vid anläggningens utgångspunkt. Studien visar att den optimala lösningen och de uppnåbara vätgasproduktionskostnaderna är starkt beroende av vätgasbehovet (mängd och profil), energiförsörjningen (mängd, profil, kostnader) och den valda tekniken (effektivitet, nedbrytning, kostnader) och måste utvärderas utifrån de fallspecifika förutsättningarna. Avhandlingen belyser vidare den betydande inverkan som elektrolyssystemets effektivitet och kapitalutgifter har på kapacitetsbeslutet och de uppnåeliga kostnaderna för vätgasproduktion.

In order to keep the Paris Agreement's goal of limiting global warming to well below 2°C, greenhouse gas emissions should be reduced. However, larger measures need to be implemented as it has been established that today's measures will not be enough. The Port of Gävle has plans to install a water electrolyser for hydrogen production of either Proton Exchange Membrane (PEM) or Alkaline Water Electrolysis(AWE). The size of the electrolyser will be approximately 10 MW and will have the capacity to produce 2,000 tons of fossil-free hydrogen per year that might supply 100 heavy trucks. However, it is currently cheaper with fossil hydrogen production. Therefore, an article review is conducted containing a calculation part where the purpose is to investigate the amount of by-products produced and whether they can be sold in other areas of use to make renewable hydrogen more economically competitive. Information for the study has been retrieved from databases, search engines, companies, authorities and individuals deemed relevant to the study. The by-products from the 10 MW electrolyser in the Port of Gävle have been compared with 1,5 MW and 17 MW electrolysers, then a sensitivity analysis has also beenperformed on the 10 MW electrolysers. The potentially generated heat depends on the type of electrolyser where AWE generates 77 MWh of residual heat per day and PEM potentially generates 67 MWh of residual heat per day. Furthermore, AWE needs 64 kWh of electricity to produce 1 kg of hydrogen while PEM needs 66,5 kWh of electricity per kg of hydrogen produced. Revenues from residual heat sales for AWE were estimated annually to approximately 7 million SEK and for PEM approximately 6 million SEK. For electrolysis-produced oxygen to compete with cryogenic oxygen, the price should not exceed 108 SEK/tonne. For the 10 MW electrolyser, oxygen sales are estimated to generate approximately 1,1 million SEK annually for both AWE and PEM. Total income for AWE will annually be just over 8,1 million SEK and 7.1million SEK annually for PEM. The AWE process is then preferable as it is more economically sustainable as the income from the by-products is 12% higher than PEM due to higher production of oxygen and greater generation of residual heat. / För att hålla Parisavtalets mål att begränsa den globala uppvärmningen till väl under 2°C bör utsläppen av växthusgaser minska. Däremot behöver större åtgärder genomföras då det har konstaterats att dagens åtgärder inte kommer att räcka. Gävle hamn har planer på att installera en vattenelektrolysör för vätgasproduktion av antingen Protonutbytesmembran (PEM) eller Alkalisk vattenelektrolys (AWE). Storleken på elektrolysören kommer vara ungefär 10 MW och har kapaciteten att producera 2000 ton fossilfri vätgas per år som kan försörja 100 tunga lastbilar. Dock är det i dagsläget billigare med fossil vätgasproduktion. Därför genomförs en litteraturstudie innehållande en beräkningsdel. Där syftet är att undersöka mängden biprodukter som produceras samt om de kan säljas inom andra områden för att göra förnyelsebar vätgas mer ekonomiskt konkurrenskraftig. Information för studien har hämtats från databaser, sökmotorer, företag, myndigheter och enskilda personer som ansetts relevanta för studien. Biprodukterna från 10 MW elektrolysören i Gävle hamn har jämförts med 1,5 MW och 17 MW elektrolysörer, sedan har även en känslighetsanalys utförts på elektrolysörerna. Potentialen att generera värme beror på typen av elektrolysör där AWE genererar 77 MWh restvärme per dygn och PEM genererar potentiellt 67 MWh restvärme per dygn. Vidare behöver AWE 64 kWh el för att producera 1 kg vätgas medan PEM behöver 66,5 kWh el per producerat kg vätgas. Intäkterna från restvärmeförsäljningen för AWE beräknades årligen till ungefär 7mnSEK och för PEM ungefär 6 mnSEK. För att elektrolysframställd syrgas ska kunna konkurrera med kryogent framställd syrgas bör inte priset övergå 108 SEK/ton. För 10 MW elektrolysören beräknas syrgasförsäljningen kunna inbringa omkring 1,1 mnSEK årligen både för AWE och PEM. Totala inkomsten för AWE blir drygt 8,1 mnSEK/år och 7,1 mnSEK/år för PEM. AWE processen är att föredra då den är mer ekonomiskt hållbar då inkomsten från biprodukterna är 12% högre än PEM på grund av högre produktion av syrgas samt större generering av restvärme.

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.