Clean Hydrogen Usage in Manufacturing Industry Processes

Thumbnail Image

Files

master_Tattari_Juuso_2025.pdf (3.82 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-26

Department

Major/Subject

Energy Systems and Markets

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions

Language

en

Pages

86

Series

Abstract

The global shift towards carbon neutrality and constantly tightening regulation have created growing need to phase out fossil fuels and to reduce global CO2 emissions. This thesis explores the possibilities of utilizing clean hydrogen in industrial manufacturing processes. The properties of hydrogen, underlying scientific principles of clean hydrogen production technology are discussed in detail. These topics are complimented with introduction to safety considerations and standardization regarding hydrogen. Global and domestic regulatory framework behind hydrogen economy development is also discussed. Several use cases for clean hydrogen were evaluated during this study, and the scope was defined to assess the technical and economic feasibility of using clean hydrogen as an alternative energy source in a factory’s internal logistics operations. The thesis investigates the replacement of battery-powered forklifts with fuel cell forklifts and the investments required for fuel cell vehicle implementation. Weekly operating hours of the forklifts were determined, and the required infrastructure was sized according to usage patterns. Two distinct use scenarios were developed, and their performance was analyzed through calculations. The first scenario relied on externally supplied hydrogen, and the other on onsite hydrogen production using PEM water electrolysis. The evaluation between these two scenarios was conducted by calculating the levelized cost of hydrogen for both scenarios. The results indicate that both scenarios are technically feasible, but the high investment costs required for hydrogen infrastructure limit their economic competitiveness compared to existing battery-powered vehicles. However, the faster refuelling times of fuel cell vehicles may offer advantages in situations with higher vehicle utilization rates.

Maailmanlaajuinen siirtymä kohti hiilineutraaliutta sekä jatkuvasti kiristyvä sääntely ovat luoneet kasvavan tarpeen fossiilisten polttoaineiden käytön vähentämiselle ja globaalien CO₂-päästöjen leikkaamiselle. Tämä opinnäytetyö tarkastelee mahdollisuuksia hyödyntää puhdasta vetyä valmistusteoullisuuden prosesseihin. Vedyn ominaisuudet sekä puhtaan vedyn tuotantoteknologian tieteelliset perusteet käsitellään yksityiskohtaisesti. Näitä aiheita täydennetään vedyn turvallisuutta ja standardointia koskevalla katsauksella. Lisäksi työssä tarkastellaan vetytalouden kehityksen taustalla olevaa kansainvälistä ja kansallista sääntelyä. Työn aikana arvioitiin useita puhtaan vedyn käyttötapauksia, ja työn rajattiin käsittelemään puhtaan vedyn teknistaloudellista hyödynnettävyyttä vaihtoehtoisena energialähteenä teollisuuslaitoksen sisäisessä logistiikassa. Työ tutkii akkukäyttöisten trukkien korvaamista polttokenno käyttöisillä trukeilla ja tarvittavia investointeja polttokennoajoneuvoja varten. Trukkien viikoittaiset käyttötunnit selvitettiin ja tarvittava infrastruktuuri mitoitettiin käyttömääriä vastaavaksi. Työssä muodostettiin kaksi erillistä käyttöskenaariota, joiden suorituskykyä analysoitiin laskennallisesti. Ensimmäinen skenaario perustui ulkopuoliselta toimittajalta hankittuun vetyyn, kun taas toisessa vedyn tuotanto tapahtui paikan päällä PEM-vesielektrolyysin avulla. Näiden kahden skenaarion vertailu tehtiin laskemalla molemmille skenaarioille vety infrastruktuurin elinkaarikustannukset. Tulokset osoittavat, että molemmat skenaariot ovat teknisesti toteuttamiskelpoisia, mutta vety infrastruktuurin vaatimat korkeat investointikustannukset rajoittavat taloudellista kilpailukykyä suhteessa nykyisiin akkukäyttöisiin ajoneuvoihin. Polttokennokäyttöiset ajoneuvojen nopeat tankkausajat saattavat kuitenkin tarjota etuja tilanteessa, jossa ajoneuvojen käyttöaste on korkeampi.

Description

Supervisor

Pourakbari Kasmaei, Mahdi

Thesis advisor

Hakanen, Jukka

Keywords

puhdas vety, elektrolyysi, vetyturvallisuus, vedyn varastointi, polttokennoajoneuvo, vedyn valmistus

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506104434

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC