The environmental impact of hydrogen production and exportation within the framework of the chilean green hydrogen strategy

Abstract

La producción de hidrógeno está adquiriendo cada vez más importancia en todo el mundo debido a la creciente atención a los sistemas de energía limpia y sostenible. Dado que el hidrógeno verde no emite dióxido de carbono durante la fase de uso, es un vector energético deseable y muchos países se han comprometido a adoptar estrategias nacionales para producir hidrógeno verde, siendo Chile uno de ellos. En este contexto, es importante abordar la pregunta de cuál ruta de producción de hidrógeno es la con el menor impacto ambiental.

Este estudio compara cuatro procesos de producción de hidrógeno mediante un análisis de ciclo de vida (ACV), considerando diferentes fuentes de energía renovable y estados del producto final (hidrógeno). Estos procesos incluyen la generación de hidrógeno basada en energía solar con compresión, la generación de hidrógeno basada en energía eólica con compresión, la generación de hidrógeno basada en energía solar con licuefacción y la generación de hidrógeno basada en energía eólica con licuefacción. Se utiliza la metodología ReCiPe para evaluar el impacto ambiental, presentando resultados agregados y desagregados.

Los resultados sugieren que no hay una diferencia significativa entre la generación de hidrógeno comprimido a partir de energía solar y eólica, ni entre la generación de hidrógeno licuado a partir de energía solar y eólica. Sin embargo, se observaron diferencias significativas al comparar la compresión y la licuefacción dentro de cada fuente de energía. Después de analizar los hallazgos, se determinó que la producción de hidrógeno a partir de energía eólica combinada con licuefacción tiene los puntos ReCiPe más bajos (3 E+10 puntos) debido principalmente al elevado consumo de energía durante la etapa de licuefacción (2.963 E+11 [kWh]).

Este estudio pone de manifiesto que los métodos de producción de hidrógeno evaluados generan emisiones a lo largo de su ciclo de vida. Por consiguiente, dado el papel crucial de la Estrategia Nacional en la reducción de emisiones en Chile, es fundamental que esta estrategia abarque todo el ciclo del proceso, y no se limite únicamente a la fase de operación como se considera actualmente.

Hydrogen production is becoming increasingly important around the world as a result of the growing attention to clean and sustainable energy systems. Since green hydrogen emits no carbon dioxide during the use phase, it is a desirable energy vector and many countries have committed to adopting national strategies to produce green hydrogen, Chile being one of them. In this context, it is important to address the question of which hydrogen production route has the lowest environmental impact. This study compares four hydrogen production processes by life cycle analysis (LCA), considering different renewable energy sources and final product states (hydrogen). These processes include solar energy-based hydrogen generation with compression, wind energy-based hydrogen generation with compression, solar energy-based hydrogen generation with liquefaction, and wind energy-based hydrogen generation with liquefaction. The impact assessment is addressed using the ReCiPe methodology, presenting aggregated and disaggregated results. The findings suggest that there is no significant difference between compressed hydrogen generation from solar and wind energy, nor between liquefied hydrogen generation from solar and wind power. However, significant differences were observed when comparing compression and liquefaction within each energy source. After analyzing the findings, it was determined that hydrogen production from wind energy combined with liquefaction has the lowest ReCiPe points (3 E+10 points), primarily due to high energy consumption during the liquefaction stage (2.963 E+11 [kWh]). This study highlights that the evaluated methods of hydrogen production generate emissions throughout their life cycle. Therefore, given the crucial role of the National Strategy in reducing emissions in Chile, it is essential for this strategy to encompass the entire process cycle, not just the operational phase as is currently considered.