E-metaanin tuotantoprosessi ja elinkaaripäästöjen vertailu fossiiliseen maakaasuun

Abstract

E-metaani on Power-to-Gas- teknologiaan perustuva synteettinen polttoaine, jota pidetään mahdollisena keinona fossiilisten polttoaineiden vähentämisessä etenkin sektoreilla, joiden sähköistäminen on haastavaa. Sen ilmastohyödyt ovat kuitenkin riippuvaisia valmistusprosessin elinkaaripäästöistä. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää mitkä tekijät vaikuttavat e-metaanin valmistusprosessin elinkaaripäästöihin ja millä edellytyksillä se voi toimia vähäpäästöisenä vaihtoehtona fossiiliselle maakaasulle. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena ja teoreettisena laskentana, jossa tarkasteltiin e-metaanin valmistusprosessia, siihen liittyviä päästöjä, sekä aikaisempia elinkaariarviointitutkimuksia. Johtopäätökset perustuvat aiemmin julkaistuihin tutkimuksiin, eikä omia kokeellisia mittauksia tehty. Lisäksi tarkastelluissa tutkimuksissa käytettiin erilaisia elinkaariarvioinnin rajauksia ja oletuksia, mikä lisää tulosten epävarmuutta ja vaikeuttaa niiden keskinäistä vertailua.

E-metaania valmistetaan vedystä ja hiilidioksidista tai hiilimonoksidista metanointireaktiolla. Metanointiprosessi voi tapahtua joko termokemiallisesti katalyytin avulla tai biologisesti. Tulokset osoittivat, että e-metaanin elinkaaripäästöt voivat olla fossiilista maakaasua pienemmät, mikäli sen tuotannossa hyödynnetään uusiutuvaa sähköä ja vähäpäästöisiä hiilidioksidin lähteitä. Merkittävin e-metaanin elinkaaripäästöihin vaikuttava tekijä on sähkön alkuperä ja päästöintensiteetti, sillä prosessi on erittäin energianintensiivinen. Lisäksi vedyn tuotantotapa, hiilidioksidin talteenottoteknologia, sekä tuotantoprosessin energiatehokkuus, häviöt ja vuodot vaikuttavat elinkaaripäästöihin. E-metaanin ilmastohyödyt muodostuvat siten ensisijaisesti koko tuotantoketjun vähäpäästöisyydestä, eivätkä sen käytöstä aiheutuvat palamispäästöt poikkea olennaisesti fossiilisen maakaasun palamisesta aiheutuvista päästöistä.

E-methane is a synthetic fuel based on Power-to-Gas technology and is considered a potential means of reducing the use of fossil fuels, particularly in sectors where electrification is challenging. However, its climate benefits depend on the life-cycle emissions of the production process. The aim of this bachelor's thesis was to examine the factors affecting the life-cycle emissions of e-methane production and the conditions under which e-methane can serve as a low-emission alternative to fossil natural gas. The thesis was conducted as a literature review and theoretical calculation, focusing on the e-methane production process, associated emissions, and previous life-cycle assessment studies. The conclusions are based on previously published research, and no experimental measurements were conducted. In addition, the studies reviewed applied different life-cycle assessment system boundaries and assumptions, which increases the uncertainty of the results and makes direct comparison between the studies more difficult.

E-methane is produced from hydrogen and carbon dioxide or carbon monoxide through a methanation reaction. The methanation process can be carried out either thermochemically using a catalyst or biologically. The results showed that the life-cycle emissions of e-methane can be lower than those of fossil natural gas if renewable electricity and low-emission sources of carbon dioxide are used in its production. The most significant factor affecting the life-cycle emissions of e-methane is the origin and carbon intensity of the electricity used, as the production process is highly energy-intensive. In addition, the method used for hydrogen production, carbon dioxide capture technology, as well as the energy efficiency, losses, and leaks of the production process affect the life-cycle emissions. Thus, the climate benefits of e-methane primarily arise from the low-emission nature of the entire production chain, whereas the combustion emissions associated with its use do not differ substantially from those resulting from the combustion of fossil natural gas.