Implementation of hydrogen transmission pipeline design

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2024-03-11
Department
Major/Subject
Industrial Energy Processes and Sustainability
Mcode
CHEM3044
Degree programme
Master’s Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
en
Pages
77+27
Series
Abstract
Hydrogen sourced from renewable energy sources is seen as a significant pathway for the European union to reach its net zero carbon emissions goals in the coming decades. Renewable hydrogen production could enable higher utilization of intermittent renewable energy and indirectly electrify difficult to electrify sectors such as long-distance freight, steel production and fertilizer production with Power-to-X pathways. To facilitate these plans, significant investments into infrastructure to produce, store and transport hydrogen are required. Billions of euros worth of investments for pipeline infrastructure alone are estimated to be required to meet Europe’s goals. While thousands of kilometres of hydrogen pipelines already exist in Europe and around the world, the standardization and existing instructive materials are behind those of natural gas pipelines, which have been standardized and regulated for years. Hydrogen imposes distinct design considerations due to its tendency to leak from vessels housing it and to embrittle metals. In this thesis, a literature review of recent studies, standards and guidelines related to the design of hydrogen transmission pipelines is conducted. Additionally, semi-structured thematic interviews on the subject are held with a set of experienced engineers. The thesis identifies important design considerations for hydrogen transmission pipelines along with relevant gaps in standardization and design conventions. The knowledge gained from this research is collected into a guideline on the design of hydrogen transmissions pipelines. The guideline is meant to give engineers who are not familiar with the subject a general overview on the unique considerations relating to transmission pipelines housing and transporting hydrogen.

Uusiutuvista energialähteistä tuotettua vetyä pidetään merkittävänä keinona Euroopan unionin tulevien vuosikymmenien hiilineutraaliustavoitteiden saavuttamiseksi. Vihreän vedyn tuotanto voisi parantaa vaihtelevien uusiutuvien energiantuotannon käyttöastetta ja välillisesti sähköistää vaikeasti sähköistettäviä aloja, pitkän matkan rahtia sekä teräksen ja lannoitteiden tuotantoa Power-to-X ratkaisuilla. Näiden suunnitelmien toteuttamiseksi tarvitaan merkittävä määrä investointeja vedyn tuotantoon, varastointiin sekä kuljetukseen tarvittavaan infrastruktuuriin. On arvioitu, että miljoonien eurojen investoinnin pelkästään vedyn siirtoinfrastruktuuriin ovat tarpeellisia Euroopan asettamien tavoitteiden saavuttamiseksi. Vaikka Euroopassa ja ympäri maailmaa on jo tuhansia kilometrejä vetyä kuljettavia putkia, standardisointi sekä olemassa olevat ohjeistusdokumentin ovat vuosia jäljessä maakaasun vastaavista. Vedyn taipumus vuotaa säiliöistä sekä haurastuttaa metalleja on huomioitava suunnitellessa sitä käsitteleviä laitteita ja putkia. Tässä diplomityössä suoritetaan kirjallisuuskatsaus vedyn siirtoputkien suunnittelulle olennaisista tutkimuksista, standardeista sekä ohjeistukista. Lisäksi kokeneita insinöörejä haastatellaan aiheesta. Tässä työssä tunnistetaan olennaiset näkökulman vedyn siirtoputkiston suunnittelun osalta ja aukot standardisoinnissa sekä ohjeistuksissa. Tutkimuksesta saatu tieto kootaan yhtenäiseksi vedyn siirtoputkien suunnitteluohjeeksi. Ohjeen tarkoitus on antaa aiheeseen perehtymättömille insinööreille yleiskuva vetyä käsittelevien siirtoputkien suunnittelusta.
Description
Supervisor
Järvinen, Mika
Thesis advisor
Härö, Erkki
Kaarlela, Markus
Keywords
hydrogen, transmission pipeline, design, guideline, hydrogen embrittlement, hydrogen economy
Other note
Citation