Climate change performance of hydrogen production and utilization in power-to-X technologies

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a rigorous LCA framework for comparing hydrogen pathways, highlighting the importance of upstream emissions and regional variability.

🏢実務担当者:Offers benchmarks for green hydrogen emission reduction potential across different applications, useful for corporate decarbonization planning.

🏛政策担当者:Supports evidence-based hydrogen policy by quantifying the conditions under which hydrogen delivers real emission reductions.

地球全体の平均気温が産業革命前の水準を2℃以上上回ると予想される中、世界は複数の気候変動の影響に直面することになる。これにより、産業界や企業は低炭素エネルギーシステムへの移行を推進している。水素および水素由来のpower-to-X（PtX）燃料は、化石燃料由来の燃料を代替し、カーボンニュートラルやネットゼロ目標を支援することができ、水素は有望な移行燃料となっている。本論文は、ライフサイクルアセスメント（LCA）手法を用いて、PtXシステム内における水素製造および水素利用経路の気候変動パフォーマンスを評価するものである。主な目的は、グリーン水素製造と化石燃料由来の水素バリューチェーンの気候変動影響を比較し、水素が大幅な排出削減をもたらすことができる条件を特定することである。研究は、水素製造、バイオガス改質、および地域・国際レベルでの水素ベースPtXバリューチェーンを対象とした3つのサブ目的を中心に構成されている。第一に、グリーン水素製造をグレー、ブルー、ターコイズ水素経路と比較する。結果は、評価対象オプションの中でグリーン水素が最も低いカーボンフットプリントを持つことを確認している。完全に太陽光発電に基づく最悪のシナリオでも、グリーン水素は2.5 kgCO2eq/kgH2の排出量となり、これは化石燃料由来の水素経路における天然ガス採掘のみからの排出量（2.6〜4.0 kgCO2eq/kgH2）よりも低い。天然ガスおよび液化天然ガス供給チェーンからの上流排出量（採掘、液化、輸送、再ガス化を含む）は、顕著であり、グリーン水素の総気候変動影響を上回る可能性があることが示されている。ターコイズ水素はグレーおよびブルー水素よりも優れた性能を示し、固体炭素利用や再生可能メタン調達を通じてさらなる削減可能性がある。第二に、膜分離、ex-situバイオメタン化、およびin-situバイオメタン化におけるバイオガスへのグリーン水素利用の気候変動パフォーマンスが評価される。すべてのシナリオは、再生可能電力ベースの水素製造を仮定した場合、化石天然ガスと比較して43〜54%の排出削減を達成し、プロトン交換膜（PEM）とアルカリ電解の間の差は無視できるほど小さい。第三に、6つの水素ベースPtXバリューチェーンが化石代替品と比較される。グリーン鉄鋼製造が最も高い排出削減をもたらし、次いで直接水素利用とe-アンモニアが続く。炭素回収・利用経路の中ではe-メタノールが最も優れた性能を示し、e-燃料は最も低い削減効果を示す。結果は、輸出志向の生産が排出削減効果を最終利用地域に移すという、強い地域的影響を浮き彫りにしている。全体として、本論文は、上流排出量と地域的状況が完全に考慮される場合、グリーン水素ベースのPtX経路が大きな脱炭素化の可能性を提供することを実証している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

With global mean temperatures expected to rise more than 2 °C above pre-industrial levels, the world is will face multiple climate change impacts. This has driven industries and companies to transition toward low-carbon energy systems. Hydrogen and hydrogen-derived power-to-X (PtX) fuels can replace fossil-based fuels and support carbon neutrality and net-zero targets, making hydrogen a promising transition fuel. This dissertation assesses the climate change performance of hydrogen production and hydrogen utilization pathways within PtX systems using a life cycle assessment (LCA) methodology. The primary objective is to compare the climate change impacts of green hydrogen production with fossil-based hydrogen value chains and to identify the conditions under which hydrogen can deliver substantial emission reductions. The research is structured around three sub-objectives covering hydrogen production, biogas upgrading, and hydrogen-based PtX value chains at regional and international levels. First, green hydrogen production is compared with grey, blue, and turquoise hydrogen pathways. The results confirm that green hydrogen has the lowest carbon footprint among the assessed options. Even in a worst-case scenario based entirely on solar electricity, green hydrogen results in emissions of 2.5 kgCO2eq/kgH2, which is lower than the emissions from natural gas extraction alone for fossil-based hydrogen pathways (2.6–4.0 kgCO2eq/kgH2). Upstream emissions from natural gas and liquefied natural gas supply chains, including extraction, liquefaction, transport, and regasification, are shown to be significant and can exceed the total climate change impact of green hydrogen. Turquoise hydrogen performs better than grey and blue hydrogen, with further mitigation potential through solid carbon utilization and renewable methane sourcing. Second, the climate change performance of green hydrogen use in membrane separation, ex-situ biomethanation, and in-situ biomethanation of biogas is evaluated. All scenarios achieve emission reductions of 43–54% compared with fossil natural gas, assuming renewable electricity-based hydrogen production, with negligible differences between proton exchange membrane (PEM) and alkaline electrolysis. Third, six hydrogen-based PtX value chains are compared with fossil alternatives. Green steel production yields the highest emission savings, followed by direct hydrogen use and e-ammonia. Among the carbon capture and utilization pathways e-methanol performs best, while e-fuels show the lowest savings. The results highlight strong regional effects, with export-oriented production shifting emission savings to end-use regions. Overall, the dissertation demonstrates that green hydrogen-based PtX pathways offer significant decarbonization potential when upstream emissions and regional contexts are fully accounted for.

• openalex https://lutpub.lut.fi/handle/10024/171847first seen 2026-06-04 04:37:17 · last seen 2026-06-12 04:39:37