Economic and environmental supply of hydrogen fuels in comparison with conventional fuels.

Abstract

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von Konzepten für Angebotsstrukturen von Wasserstoff, die die heutigen Probleme eines drei-bis-viermal so hohen Preises und gegenüber Dieselkraftstoff einer dreimal so großen Umweltbelastung überwinden und mit dem Angebot an traditionellen Kraftstoffen wettbewerbsfähig sind. Die Versorgungskette von Wasserstoff wird in einer Lebenszyklus-Analyse, einer Well-to-wheel-Betrachtung, die von den Techniken der Wasserstoffgewinnung, über Lagerungsarten, den Transport und die Tankstelle bis zum Verbraucher/Fahrzeug reicht, unterzogen. Nach dieser Bestandsaufnahme werden neue Konzepte betrachtet - Reformer, Flüssiggastransport, Elektrolyse - und in einem Entscheidungsmodell mit konventionellem Treibstoff verglichen. Im Ergebnis wird deutlich, dass keines dieser Verfahren wettbewerbsfähig sein wird. Die Arbeit zeigt für den Beginn der Etablierung der Wasserstoff-Technologie einen neuen Ansatz am Beispiel Nordrhein-Westfalens auf, der auf Wasserstoff als Nebenprodukt in Chloralkali-Elektrolyse setzt und darauf beruht, dass nicht Wasserstoff in die Städte transportiert wird, sondern die Fahrzeuge an den Produktionsorte.Objective of the thesis is to develop hydrogen supply chain concepts that will obviate the problems and is competitive with the existing conventional fuels both from economic and environmental perspectives. Therefore, hydrogen supply chain is reviewed in detail (Well-to-Wheel) by breaking it down into subsections like production, logistics and utilization in transport. After the analysis, new concepts are developed and benchmarked with the conventional fuels via decision model. At the end, it was clear that the hydrogen production pathways through reformer or electrolyzes do either cost more than conventional fuels or cause higher emission during the whole supply chain. Therefore, for the initiation phase, it was suggested to capture hydrogen that is released as byproduct from the chlor alkali process with low cost and install the fuelling station close to the plants to save transportation cost. Besides this, utilization of the existing hydrogen pipeline should also be considered for future extension. Region North Rhine Westphalia in Germany with 30% of the chlor alkali industry and installed hydrogen pipeline fits to this description and has an economically competitive pricing structure with a high environmental benefit. Therefore, attention should be given in regions with these characteristics for the initiation of hydrogen powered transportation sector.