Jämförelse mellan vindkraft och SMR-kärnkraft som energikälla till vätgasproduktion åt SSAB Oxelösund

SSAB är Sveriges största utsläppare av växthusgaser. Förbränning av koks i masugnarna, där järnmalmen omvandlas till råjärn, resulterar i enorma utsläpp av koldioxid. Sveriges mål; att inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser år 2045, har inneburit att SSAB måste revolutionera sina processer till att bli 100 % fossilfria. Den ersättande processen som står i fokus är direktreduktion av järnmalm, där vätgas används istället för koks. Denna process skulle innebära en 100 % fossilfri stålframställning, så länge grön vätgas används; vätgas framställd genom vattenelektrolys med förnybara energikällor. Detta arbete syftar till att undersöka vilken energikälla och elektrolysteknik som skulle vara bäst lämpad för vätgasframställning för, specifikt, SSAB Oxelösund. De energikällor som jämförs i rapporten är vindkraft och SMR. De elektrolysörer som undersöks är alkalisk elektrolys och PEM-elektrolys i kombination med vindkraft, och HTSE i kombination med SMR. De aspekter som teknikerna jämförs med är teknikens tillgänglighet, kostnad, kapacitet och pålitlighet. Vindkraftens användning i Sverige har ökat kraftigt det senaste decenniet samtidigt som kostnaden för vindkraftsel har sjunkit, vilket bland annat beror på att vindkraft utvecklas mot allt större kraftverk med högre effekt. Alkalisk och PEM-elektrolys är båda mogna tekniker som används kommersiellt. Alkalisk elektrolys har större kapacitet och används i större skala, medan PEM är mer flexibel och bättre lämpad för intermittenta energikällor, som till exempel vindkraft. SMR-kärnkraft är kärnkraftverk baserade på små modulära reaktorer som produceras standardiserat på stor skala. Dessa reaktorer används knappt kommersiellt men det råder hopp om att de ska vara nästa stora steg för kärnkraften, i synnerhet i anslutning till stora industrier. När det gäller vätgasframställning med SMR tror man att reaktorerna kommer kunna kombineras med HTSE, en elektrolys som utnyttjar ånga, speciellt ångans värmeenergi, för att uppnå hög effektivitet. HTSE är en teknik som också är i kommersialiseringsfasen men den har för närvarande en kortare tidslinje än SMR. Resultatet av litteraturstudien visar på att vindkraft är det enda alternativet för SSAB Oxelösund inärtid, medan SMR kan vara ett bättre alternativ i framtiden när tekniken blir mogen. PEM-elektrolys är bäst lämpad att kombineras med vindkraft i dagsläget, men alkalisk elektrolys kan bli viktigare i framtiden i takt med att den mer stabila havsbaserade vindkraften byggs ut. Stora utvecklingsbehov finns fortfarande hos elektrolysörerna för att de ska bli billigare och ha högre kapacitet. Det finns indikationer på att SMR i kombination med HTSE är en perfekt teknik för framställning av vätgas, men det ligger 10 år framåt i tiden.SSAB is Sweden's largest emitter of greenhouse gases. Combustion of coke in the blast furnaces, where the iron ore is converted to pig iron, results in enormous emissions of carbon dioxide. Sweden's goals; to not have any net emissions of greenhouse gases in 2045, has led to that SSAB must revolutionize its processes to be 100% fossil-free. The replacement process that is in focus is direct reduction of iron ore, where hydrogen is used instead of coke. This process would implicate a 100% fossil-free steel production, as long as green hydrogen is used; hydrogen produced by water electrolysis with renewable energy sources. This literature study aims to investigate which energy source and electrolysis technology that would be best suited for hydrogen production for, specifically, SSAB Oxelösund. The energy sources compared in the report are wind power and SMR. The electrolysers examined are alkaline electrolysis and PEM electrolysis in combination with wind power, and HTSE in combination with SMR. The aspects that the technologies are compared with are the availability, cost, capacity and reliability of the technologies. The use of wind power in Sweden has increased sharply in the last decade at the same time as the cost of wind power has fallen, which is due, among other things, to wind power being developed towards larger power plants with higher power. Alkaline and PEM electrolysis are both mature techniques used commercially. Alkaline electrolysis has greater capacity and is used on a larger scale, while PEM is more flexible and better suited for intermittent energy sources, such as wind power. SMR nuclear power is nuclear power plants based on small modular reactors that are produced standardized on a large scale. These reactors are hardly used commercially, but there is great hope that they will be the next big step for nuclear power, especially coupled with large industries. When it comes to hydrogen production with SMR, it is believed that the reactors will be able to be combined with HTSE, an electrolysis that uses steam, especially the heat energy of the steam, to achieve high efficiency. HTSE is a technology that is also in the commercialization phase, but it currently has a shorter timeline than SMR. The results of the literature study show that wind power is the only alternative for SSAB Oxelösund in the near future, while SMR may be a better alternative in the future when the technology has matured. PEM electrolysis is best suited to be combined with wind power at present, but alkaline electrolysis may become more important in the future as the more stable offshore wind power is expanded. The electrolysers still have great development needs in order to become cheaper and have a higher capacity. There are indications that SMR in combination with HTSE is a perfect technology for the production of hydrogen, but it is 10 years into the future