Assessing GHG emissions of green hydrogen for Germany : a comparative review of international production pathways using RED III and ISO 19870 methodologies

Abstract

This master’s thesis evaluates the sustainability of different production chains of green hydrogen and its derivatives. A Microsoft Excel-based model was developed to compare green hydrogen, ammonia, methanol, and methane produced for German market. Calculations follow the Renewable Energy Directive III and ISO 19870, which are compared with each other and to a broader scope of ISO 14067 guidelines.

Commissioned by Wärtsilä, the aim is to identify international production pathways for producing hydrogen and its derivatives that meet the EU Taxonomy's green financing threshold of 100 gCO₂e/kWh and 70% GHG savings relative to fossil fuels. The production scenarios include Canadian wind-powered ammonia, Middle Eastern solar powered hydrogen derivatives, and Finnish grid produced hydrogen transported to Germany. Key findings reveal the highest emissions arising from electricity source and the choice of transportation.

All reviewed production chains utilizing renewable energy sources achieved at least the 70% GHG savings even under worst scenarios. These fuels can also be combusted in engines for electricity production with emissions below the EU Taxonomy threshold of 100 gCO₂e/kWh. However, hydrogen produced with current Finnish grid electricity does not meet the 70% GHG savings requirement in any scenario. Future decarbonization of the Finnish grid, reducing its emission intensity to 40 gCO2e/kWh, would allow compliance with the 70% GHG savings threshold under all scenarios, allowing for renewable hydrogen production using grid electricity.

Tässä diplomityössä arvioidaan vihreän vedyn ja sen johdannaisten eri tuotantoketjujen kestävyyttä. Microsoft Excel -pohjainen malli kehitettiin vertailemaan Saksan markkinoille tuotettua vihreää vetyä, ammoniakkia, metanolia ja metaania. Laskelmat noudattavat uusiutuvan energian RED III -direktiivi ja ISO 19870 -standardia, joita verrataan keskenään ISO 14067 -ohjeistukseen.

Wärtsilän toimeksiannosta työn tavoitteena on tunnistaa kansainväliset vedyn ja sen johdannaisten tuotantoketjut, jotka täyttävät EU-taksonomian vihreän rahoituksen rajan 100 gCO₂e/kWh ja 70 % kasvihuonekaasupäästöjen vähennyksen verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. Tuotantoskenaarioihin kuuluu Kanadassa tuulivoimalla tuotettua ammoniakkia, Lähi-idässä aurinkovoimalla valmistetuttuja vetyjohdannaisia sekä Suomen sähköverkolla tuotettua vetyä, jotka kuljetetaan Saksaan. Merkittävimmät havainnot osoittavat suurimpien päästöjen syntyvän sähkönlähteestä ja kuljetusmuodosta.

Kaikki tarkastellut uusiutuvia energialähteitä hyödyntävät tuotantoketjut saavuttivat vähintään 70 %:n kasvihuonekaasusäästöt – jopa huonoimmissa skenaarioissa. Näitä polttoaineita voidaan polttaa myös sähköntuotantoon tarkoitetuissa moottorivoimalaitoksissa, joiden päästöt alittavat tällöin EU-taksonomian rajan 100 gCO₂e/kWh tuotetulle sähkölle. Nykyisellä Suomen verkkosähköllä tuotettu vety ei kuitenkaan saavuta 70 %:n kasvihuonekaasusäästövaatimusta missään skenaariossa. Suomen sähköverkon päästöintensiteetin aleneminen 40 gCO2e/kWh:iin mahdollistaisi 70 %:n kasvihuonekaasusäästövaatimuksen täyttymisen kaikissa skenaarioissa ja siten uusiutuvaksi luokitellun vedyn tuotannon verkkosähköllä.