Green hydrogen production: an in-depth Life Cycle Assessment of an alkaline electrolyser

In the pursuit of decarbonization, European countries aim to achieve net-zero emissions by 2050, with hydrogen production through water electrolysis emerging as a pivotal enabler in this global sustainability shift. Alkaline Water Electrolysis is anticipated to dominate the hydrogen market in the medium term. This master’s thesis conducts a cradle-to-grave Life Cycle Assessment of an Alkaline Electrolyser, specifically focusing on Dragonfly® system developed by Industrie De Nora. Ten indicators were chosen based on available secondary datasets. Through systematic analysis of literature studies and industry reports, environmental hotspots and areas for improvement in inventory data quality are identified. The magnitude scale of Dragonfly® system environmental impacts is assessed, along with their distribution over the Balance of Plant and the Stack. Comparative analyses are conducted to benchmark the environmental performance of De Nora’s product against other Alkaline Water Electrolysis systems mentioned in the literature, with 75% of the papers providing lower results than Dragonfly® system, likely due to differences in the detail of the modelling approach. Additionally, potential improvements of the Dragonfly® system’s LCA results are assessed, revealing a 20% reduction in overall system impacts under a hypothetical zero-scrap scenario and a 15% reduction with different future coating projections. The temporality of the impacts, coupling the electrolyser with photovoltaics, shows that 95% of the overall carbon and water footprint impacts occur before the electrolyser starts to operate. This underscores the substantial influence of the PV plant, emphasizing the importance of recognizing the environmental impact of large-scale installations. By identifying opportunities for environmental optimization, this research supports the advancement of sustainable energy technologies and incentivizes the transition towards a low-carbon future.

Nel perseguimento della decarbonizzazione, i Paesi europei mirano a raggiungere emissioni nette zero entro il 2050, e la produzione di idrogeno attraverso l'elettrolisi dell'acqua sta emergendo come elemento cardine in questo cambiamento globale della sostenibilità. Si prevede che l'elettrolisi alcalina dominerà il mercato dell'idrogeno nel medio termine. Questa tesi di laurea magistrale è incentrata su un’analisi del ciclo di vita da culla a tomba di un elettrolizzatore alcalino, concentrandosi sul sistema Dragonfly® sviluppato da Industrie De Nora. Sono stati scelti dieci indicatori sulla base dei dati secondari disponibili. Attraverso l'analisi sistematica degli studi di letteratura e dei rapporti dei competitor, sono stati identificati i punti critici ambientali e le aree di miglioramento della qualità dei dati di inventario. Vengono valutati gli impatti ambientali del sistema Dragonfly® e la loro distribuzione nel Balance of Plant e nello Stack. Sono state condotte analisi comparative per confrontare le prestazioni ambientali del prodotto di De Nora con quelle di altri sistemi di elettrolisi alcalina citati in letteratura, con il 75% dei documenti che forniscono risultati inferiori al sistema Dragonfly®, probabilmente a causa di differenze nel dettaglio dell'approccio di modellazione. Inoltre, sono stati valutati i potenziali miglioramenti dei risultati LCA del sistema Dragonfly®, rivelando una riduzione del 20% degli impatti complessivi del sistema in un'ipotetica situazione di zero scarti e una riduzione del 15% con diverse proiezioni di coating futuro degli elettrodi. La temporalità degli impatti, accoppiando l'elettrolizzatore con il fotovoltaico, mostra che il 95% dell'impatto complessivo delle impronte di carbonio e dell'acqua si verifica prima che l'elettrolizzatore entri in funzione. Ciò sottolinea l'influenza dell'impianto fotovoltaico, evidenziando l'importanza di riconoscere l'impatto ambientale delle installazioni su larga scala. Identificando le opportunità di ottimizzazione ambientale, questa ricerca sostiene il progresso delle tecnologie energetiche sostenibili e favorisce la transizione verso un futuro a basse emissioni di carbonio.