Effects of legislation on the business opportunities of Power-to-X

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2021-12-13
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
86 + 3
Series
Abstract
Implementation of hydrogen economy has been identified as one of the crucial measures to tackle climate targets especially in hard-to-abate sectors. In the big picture, the legislation plays significant role to make the green hydrogen competitive compared to fossil based one. The goal of this thesis is to identify the boundary conditions set by legislation on hydrogen business opportunities. The European wide legislative framework, focused on Fit for 55 package was structured around the forming hydrogen economy and research questions studied legislative proposals and initiatives, which enable or weaken the future market possibilities. The current challenge is the higher cost of green hydrogen compared to fossil. The cost structures of green and fossil-based hydrogen were calculated to be 2.45 and 1.5 €/kg respectively. Electricity is the most dominant cost factor for green hydrogen. Thesis recognised several mechanisms in the legislation, which could either lower the price of green or increase the price of fossil hydrogen. The proposed extension of emissions trading scheme to aviation, marine, and other transport will force the sectors to move towards hydrogen-based fuels. This is also reflected from the results concerning taxation, which suggests the lowest tax level for electricity and green hydrogen. Also, carbon border tax (CBAM) and carbon contracts for difference were recognised. Another mechanism to accelerate the transformation is to create a niche with blending or distribution obligations. The blending obligations in transport and green hydrogen obligation in industrial utilisation would correspond to 10 million tons of green hydrogen in 2030 in the European Union. Already from 2023 onwards, the national distribution obligation of 30% for liquid fuels will include green hydrogen, which creates competition between green hydrogen products, biofuels, and biogas inside the niche. Additional legislative mechanisms can provide financial benefits for green hydrogen utilisation or losses for fossil fuel dominated industries. Thesis analysed the most relevant legislative mechanisms in different parts of value chains and different industrial sectors. Also, it recognised legislative barriers which can hinder the green hydrogen market development. Results point out that the widest possible utilisation of electricity generation capacity is a key factor for the profitability of green hydrogen. To limit the electricity utilisation only to new renewable capacity or to the rule that production and consumption should match in 15-minute basis can narrow the use of electricity and notably increase the cost of hydrogen. Results observe that renewables are promoted over other low-carbon alternatives, which can create a market barrier for Finland, which highly rely on nuclear power in the next decades.

Vetyteknologia on tunnistettu yhdeksi keskeisistä toimenpiteistä ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi erityisesti vaikeasti sähköistyvillä sektoreilla ja lainsäädännöllä on suuri vaikutus vihreän vedyn kannattavuuteen tulevaisuudessa. Tämän diplomityön tavoitteena on tunnistaa lainsäädännön asettamat rajaehdot vedyn ja PtX-liiketoimintamahdollisuuksille. Diplomityössä tutkittiin erityisesti Fit-for-55-pakettia, jonka avulla vetytalouden ympärille muodostettiin Euroopan laajuinen lainsäädäntökehys. Tutkimuskysymykset käsittelevät lainsäädäntöehdotuksia ja -aloitteita, jotka mahdollistavat tai heikentävät vedyn markkinamahdollisuuksia. Nykyinen haaste on vihreän vedyn korkeampi hinta verrattuna fossiiliseen vetyyn. Tässä diplomityössä mallinnetut kustannustulokset osoittavat, että sähkö on vihreän vedyn suurin kustannustekijä. Työssä vihreälle vedylle laskettiin 2,45 euron kustannus vetykiloa kohden, joka on korkeampi kuin fossiiliselle vedylle laskettu 1,5 euron kustannus. Diplomityö tunnisti lainsäädännössä useita mekanismeja, jotka voivat joko laskea vihreän hintaa tai nostaa fossiilisen vedyn hintaa. Ehdotettu päästökauppajärjestelmän laajentaminen koskemaan lento-, meri- ja tieliikennettä ohjaa sektoreita siirtymään vetypohjaisiin polttoaineisiin. Tämä heijastuu myös verotusta koskevissa tuloksissa, joissa tunnistettiin sähkön sekä vihreän vedyn alimmat verotasot. Toinen tapa luoda kysyntää on velvoitteiden avulla. Liikenteen jakelu- ja sekoitevelvoitteet sekä vihreän vedyn velvoite teollisuudessa vastaisivat 10 miljoonaa tonnia vihreää vetyä vuonna 2030 Euroopan Unionissa. Lisäksi 2023 alkaen kansalliseen jakeluvelvoitteeseen sisällytetään vihreä vety ja siitä jalostetut polttoaineet, mikä ohjaa kilpailua vetytuotteiden, biopolttoaineiden ja biokaasun välille. Näiden lisäksi, ensimmäisessä vaiheessa vuodesta 2026 ehdotettu hiiliveromekanismi vaikuttaisi voimakkaasti teräs- ja lannoitealalla sekä tunnistetut hiilenhinnanerosopimukset voivat tarjota merkittävää lisätukea suuriin teollisuuden hankkeisiin. Diplomityön tulokset tunnistivat hidasteita, jotka voivat estää vihreän vedyn markkinakehitystä. Tulokset osoittavat, että sähköntuotantokapasiteetin mahdollisimman laaja hyödyntäminen on avaintekijä vihreän vedyn kannattavuudelle. Sähkön käytön rajoittaminen vain uuteen sähköntuotantoon sekä vaatimus, että tuotannon ja kulutuksen on vastattava 15 minuutin aikaikkunan sisällä rajoittaa sähkön käyttöä ja nostaa vihreän vedyn tuotantokustannusta. Tulokset osoittavat, että uusiutuvia energialähteitä edistetään muiden vähähiilisten vaihtoehtojen sijaan, mikä voi aiheuttaa haasteita Suomelle lisääntyvän ydinvoimakapasiteetin myötä.
Description
Supervisor
Santasalo-Aarnio, Annukka
Thesis advisor
Uitto, Jussi
Keywords
hydrogen, power-to-X, fit for 55, RED II, RFNBO, eFuels
Other note
Citation