Skip to ContentSkip to Navigation

Centre for Energy Economics Research

Faculty of Economics and Business
Header image Centre of Expertise CEER

Green hydrogen production more costly than production using natural gas with carbon capturing, also for bio-based routes

Datum:14 april 2022
CEER Policy Paper nr. 11
CEER Policy Paper nr. 11

Costs of green hydrogen production, with the current state of technology and expected long-term input prices, are higher than of production from natural gas with carbon capture, also when production from biomass is considered. This last-mentioned option turns out to be slightly more expensive than the other green option, production from renewable electricity. This conclusion only changes when long-term natural gas prices remain at the current, from an historical view current very high, levels or hydrogen production from biomass experience a high degree of innovation. Moreover, the expected unavailability of cheap biomass makes it hard for hydrogen production from biomass to have a strong competitive position when other technologies develop.

ARTIKEL IN NEDERLANDS ONDER AAN DEZE PAGINA

Read the full report

This follows from an analysis and comparison of the Levelized Costs Of Hydrogen (LCOH) of various low-carbon hydrogen production technologies, conducted by Peter Perey from the Centre for Energy Economics Research at the University of Groningen. Low-carbon hydrogen is increasingly being included in European and national climate and energy strategies as an essential element to achieve resilient and affordable energy system. It is anticipated to be deployed by the energy-intensive industry, transportation, electricity sector and heating to replace fossil fuels and, hence, to contribute to the reduction of CO2 emissions.

Low-carbon hydrogen production technology

Despite these ambitious plans and technical possibilities, the production plants for low-carbon hydrogen have yet to be build. Moreover, there is no consensus yet on which low-carbon hydrogen production technology is most useful for now and in the future, or if technologies can be developed in parallel. The most common low-carbon hydrogen technology that is stimulated and anticipated in strategies is electrolysis based on the use of renewable electricity. Another commonly mentioned, but more controversial production technology is steam methane reforming (SMR) in combination with carbon capturing and storage (CCS), also called blue hydrogen. Furthermore, there is the green production route of "bio-hydrogen", i.e. hydrogen from the (supercritical) gasification of bio-based raw materials.

Hard to compete

The research of Perey shows that with the current state of the technology and the expected long-term natural gas and renewable electricity prices, it will be hard for bio-hydrogen to compete with SMR with CCS, which is, economically, clearly the most attractive production option. The production of low-carbon hydrogen with electrolysis is ranking second. The estimated LCOH of bio-hydrogen is slightly higher in the base case, mainly induced by higher capital and operational costs. For the production of hydrogen from biomass, Perey finds combined torrefaction and gasification (CTG) to be more competitive than supercritical water gasification (SWG) of sewage sludge, given the market prices for technologies and their inputs.

Dependant on energy and biomass prices

Innovations in the technologies only change the competitiveness of the technologies when one technology experience a significantly higher degree of innovation than the others do. However, as the production costs of hydrogen strongly depend on the input prices of energy or biomass feedstock, significantly higher energy prices and lower biomass feedstock prices do change this competitiveness. The currently record-high natural gas and electricity prices could make bio-hydrogen competitive, but only when these prices remain at these levels for the coming decades. On the other hand, a lower feedstock price for biomass increases the competitiveness of bio-hydrogen.

Finally, Perey finds that a relatively strong innovation in bio-hydrogen technology, as compared to that of the other technologies, can reduce this need for high long-term energy prices and low biomass feedstock prices. In such a scenario, bio-hydrogen technologies are a serious future potential option to be considered, based on production costs. For both green hydrogen production options there is considerable upside in a strongly carbon constrained world, with high values of carbon credits. In addition, bio-hydrogen also benefits from a high value for produced by-products such as 'biochar'. Under such circumstances, production of hydrogen from biomass may become the most competitive option.

For more information, please contact:

Peter Perey, MSc.

Read the full report

NEDERLANDS:

Groene waterstofproductie duurder dan productie met behulp van aardgas met CO2 afvang, ook voor biomassa routes

De kosten voor groene waterstof productie, met de huidige technologie en verwachte lange termijn prijzen, zijn hoger dan voor productie vanuit aardgas met CO2 afvang, ook als productie vanuit biomassa wordt overwogen. Deze laatstgenoemde optie blijkt een licht duurdere dan de andere groene optie, productie met behulp van hernieuwbare stroom. Deze conclusies veranderen alleen wanneer de lange termijn prijzen voor aardgas op het huidige, vanuit historisch perspectief erg hoge, niveau blijven of wanneer de technologie voor productie van waterstof uit biomassa sterk doorontwikkeld. Daarnaast maakt de verwachte schaarste van biomassa het moeilijk voor waterstof productie uit biomassa om te concurreren als andere technologieën zich ontwikkelen.

Lees het volledige rapport.

Dit volgt uit een analyse en vergelijking van de ‘Levelized Costs Of Hydrogen’ (LCOH) van verschillende koolstofarme waterstof productietechnologieën, uitgevoerd door Peter Perey van het Centre for Energy Economics Research (CEER) van de Rijksuniversiteit Groningen. Koolstofarme waterstof wordt in toenemende mate opgenomen in Europese en nationale klimaat- en energiestrategieën als een essentieel element om tot een veerkrachtig en betaalbaar energiesysteem te komen. De verwachting is dat het door de energie-intensieve industrie, transport, elektriciteitssector en voor verwarming zal worden ingezet om fossiele brandstoffen te vervangen en zo bij te dragen aan de vermindering van de CO2-uitstoot.

Koolstofarme waterstofproductietechnologie 

Ondanks deze ambitieuze plannen en technische mogelijkheden, moeten de productie-installaties voor koolstofarme waterstof nog worden gebouwd. Bovendien is er nog geen consensus over welke koolstofarme waterstofproductietechnologie nu en in de toekomst het best toepasbaar is, of dat technologieën parallel kunnen worden ontwikkeld. De meest voorkomende koolstofarme waterstoftechnologie die wordt gestimuleerd en geanticipeerd in strategieën, is elektrolyse op basis van het gebruik van hernieuwbare elektriciteit. Een andere veel genoemde, maar meer controversiële productietechnologie is ‘steam methane reforming’ (SMR) in combinatie met ‘carbon capture and storage’ (CCS), ook wel blauwe waterstof. Verder is er de groene productieroute van "bio-waterstof", oftewel waterstof uit de (superkritische) vergassing van biomassa.

Moeilijk concurreren

Het onderzoek van Perey toont aan dat met de huidige stand van de technologie en de verwachte lange termijn prijzen voor aardgas en hernieuwbare elektriciteit, het voor bio-waterstof moeilijk zal zijn om te concurreren met SMR met CCS, economisch duidelijk de meest aantrekkelijke productieoptie. De productie van koolstofarme waterstof met elektrolyse staat op de tweede plaats. De geschatte LCOH van bio-waterstof is iets hoger in het basisscenario, voornamelijk veroorzaakt door hogere kapitaal- en operationele kosten. Voor de productie van waterstof uit biomassa vindt Perey dat gecombineerde torrefactie en vergassing (CTG) competitiever is dan superkritische watervergassing (SWG) van zuiveringsslib, gezien de marktprijzen voor technologieën en hun invoer.

Afhankelijk van energie- en biomassaprijzen

Innovaties in de technologieën veranderen alleen het concurrentievermogen van de technologieën wanneer de ene technologie een aanzienlijk hogere mate van innovatie ervaart dan de andere. Aangezien de productiekosten van waterstof echter sterk afhankelijk zijn van de prijzen van energie of biomassagrondstoffen, kunnen aanzienlijk hogere energieprijzen en lagere prijzen voor biomassagrondstoffen dit concurrentievermogen veranderen. De huidige recordhoge aardgas- en elektriciteitsprijzen kunnen bio-waterstof concurrerend maken, maar alleen als deze prijzen de komende decennia op dit niveau blijven. Aan de andere kant maakt een daling in de grondstofprijs voor biomassa van bio-waterstof competitiever.

Ten slotte constateert Perey dat een relatief sterke innovatie in bio-waterstoftechnologie, in vergelijking met die van de andere technologieën, deze behoefte aan hoge energieprijzen en lage grondstofprijzen voor biomassa op lange termijn kan verminderen. In een dergelijk scenario zijn bio-waterstoftechnologieën zeker een serieuze toekomstige optie om te overwegen. Voor beide opties voor de productie van groene waterstof is er een aanzienlijk voordeel in een sterk koolstofarme wereld, met hoge CO2 prijzen. Bovendien heeft bio-waterstof ook profijt van een hoge waarde voor geproduceerde bijproducten zoals ‘biochar’. Onder dergelijke omstandigheden kan de productie van waterstof uit biomassa de meest concurrerende optie worden.

Voor meer informatie:

Neem contact op met Peter Perey, MSc.

Lees gehele rapport