The role of green hydrogen in Europe's energy transition

Abstract

This master’s thesis examines the role of green hydrogen in the European Union's (EU) energy transition and the opportunities and challenges related to its use. Green hydrogen is produced through electrolysis using renewable electricity, resulting in near-zero direct carbon dioxide (CO2) emissions. The work focuses on the EU’s regulatory and policy framework, support mechanisms and Member States' hydrogen strategies, with a closer examination of four front-runner countries in green hydrogen development: Germany, Spain, the Netherlands and Sweden. The main objective is to assess how green hydrogen can support the achievement of climate targets in the EU and what impacts expanding its production may have, especially on electricity consumption and emission reductions.

The thesis was conducted as a literature review based on EU documents, reports and scientific publications. A scenario-based calculation framework was developed for the selected front-runner countries to estimate the additional electricity demand to meet national electrolysis capacity targets, hydrogen production volumes, and greenhouse gas (GHG) emission reduction potential assuming that fossil-based grey hydrogen is replaced by green hydrogen at the EU level.

The results show that green hydrogen plays an important role, especially in hard-to-electrify sectors, such as emission-intensive industry and heavy-duty transport. However, the overall emission reduction potential remained relatively small. Large-scale deployment of green hydrogen requires substantial investments, hydrogen infrastructure, and coordinated EU level policies to meet the 2030 climate targets.

Tässä diplomityössä tarkastellaan vihreän vedyn roolia Euroopan Unionin (EU) energiasiirtymässä sekä sen käyttöön liittyviä mahdollisuuksia ja haasteita. Vihreä vety tuotetaan elektrolyysillä uusiutuvaa sähköä käyttäen, eikä sen tuotannossa synny suoria hiilidioksidipäästöjä. Työssä keskitytään EU:n vihreää vetyä koskevaan sääntely- ja politiikkakehykseen, tukimekanismeihin sekä jäsenmaiden vetystrategioihin. Jäsenmaista valittiin tarkempaan tarkasteluun neljä vihreän vedyn kehityksen edelläkävijämaata: Saksa, Espanja, Alankomaat ja Ruotsi. Työn päätavoitteena on arvioida, miten vihreä vety voi tukea EU:n ilmastotavoitteiden saavuttamista ja millaisia vaikutuksia sen tuotannon laajentamisella voi olla erityisesti sähkönkulutukseen ja kasvihuonekaasupäästöihin (KHK).

Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa hyödynnettiin EU:n virallisia asiakirjoja, raportteja sekä tieteellistä kirjallisuutta. Valituille edelläkävijämaille laadittiin yksinkertaistettu laskentamalli, jolla arvioitiin maan elektrolyysikapasiteettitavoitteen vaatimaa lisäsähkön tarvetta, vedyn tuotantomääriä sekä KHK-päästöjen vähennyspotentiaalia tilanteessa, jossa harmaa vety korvataan vihreällä vedyllä EU-tasolla.

Tulokset osoittavat, että vihreällä vedyllä on merkittävä rooli erityisesti vaikeasti sähköistettävillä sektoreilla, kuten päästöintensiivisessä teollisuudessa ja raskaassa liikenteessä. Kokonaisuudessaan päästövähennyspotentiaali jäi kuitenkin suhteellisen pieneksi. Lisäksi tulokset osoittivat vihreän vedyn laajamittaisen hyödyntämisen edellyttävän merkittäviä investointeja, vetyinfrastruktuurin kehittämistä sekä selkeää politiikkaa ja sääntelyä EU:n jäsenmaiden kesken, jotta vuoden 2030 ilmastotavoitteet voidaan saavuttaa.