Comparative analysis of hydrogen derived fuels: e-methanol and e-methane

Abstract

The transition towards sustainable energy systems necessitates alternative fuels that can integrate with existing infrastructure and meet the demands of various sectors. This thesis presents a comparative analysis of two hydrogen-derived fuels, e-methanol and e-methane, within the context of Power-to-X (P2X) technologies. The study handles technological readiness, production processes, applications, and economic viability of these e-fuels.

A comprehensive literature review assesses current state of electrolysis and carbon capture technologies, as well as the production costs and potential applications of e-methanol and e-methane. The research conducted in the applied part utilized internal data from Sweco to calculate up-to-date prices for these e-fuels, comparing them with their fossil counterparts. The findings indicate that while e-fuels are currently less economically competitive, with prices over double those of fossil fuels, there are opportunities for cost reduction and increased marketability.

The thesis also explores the technology readiness levels (TRLs) of the associated P2X technologies, revealing that e-methanol production is technologically more advanced than e-methane production. The study suggests that e-methanol has a more immediate potential as an alternative fuel due to its closer price point to fossil methanol and the maturity of its production technologies. However, both e-methanol and e-methane require further development to become economically viable alternatives to fossil fuels. The research contributes valuable knowledge to the field of sustainable energy and provides a foundation for future advancements in the production, application and comparison of e-methanol and e-methane.

Vihreän siirtymän onnistuminen edellyttää fossiilisten polttoaineiden vaihtoehtoja, jotka voidaan yhdistää nykyiseen infrastruktuuriin eri sektorien energiatarpeiden tyydyttämiseksi. Tässä diplomityössä esitetään vertaileva analyysi kahdesta vedystä tuotetusta polttoaineesta, e-metanolista ja e-metaanista, Power-to-X-teknologian alueelta. Tutkielmassa tarkastellaan näiden polttoaineiden teknologista kypsyyttä, tuotantoprosesseja, sovellusalueita sekä taloudellista kannattavuutta.

Työ sisältää perusteellisen kirjallisuuskatsauksen, joka käsittelee elektrolyysin ja hiilidioksidin talteenoton nykyteknologiaa sekä e-metanolin ja e-metaanin tuotantoprosessien kustannusrakennetta ja potentiaalisia käyttökohteita. Soveltavassa osiossa hyödynnetään Swecon sisäistä projektidataa, mikä mahdollistaa tarkkojen ja ajankohtaisten hinta-arvioiden tuottamisen tutkittaville e-polttoaineille. Laskettuja hintoja verrataan e-polttoaineiden fossiilisiin vastineisiin. Tutkimus osoittaa, että e-polttoaineet eivät ole tällä hetkellä taloudellisesti kilpailukykyisiä, sillä niiden hinnat ovat yli kaksinkertaisia verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. On kuitenkin nähtävissä, että teknologian edistyessä e-polttoaineiden hinnat voivat laskea ja lähestyä fossiilisten polttoaineiden hintoja.

Tutkielmassa arvioidaan myös käsiteltyjen teknologioiden kypsyyttä, ja havaitaan, että e-metanolin tuotantoteknologiat ovat edistyneempiä kuin e-metaanin. Myös tutkimustulosten valossa e-metanoli näyttää olevan lähempänä taloudellisesti kannattavaa hintaa verrattuna e-metaaniin. Siitä huolimatta molemmat e-polttoaineet vaativat lisää tutkimusta ja kehitystyötä ennen kuin ne voivat kilpailla fossiilisten polttoaineiden kanssa markkinoilla. Tämä tutkielma tarjoaa arvokasta tietoa ympäristön kannalta kestävistä polttoainevaihtoehdoista ja luo perustan tuleville projekteille, jotka pyrkivät vertailemaan e-metanolin ja e-metaanin tuotantoprosessien kustannustehokkuutta.