Prospective life cycle assessment of baseload hydrogen supply based on solar photovoltaics and wind power including underground hydrogen storage

Hydrogen is expected to play a key role in the transition to a fully renewable global energy system by 2050. This study applies a forward-looking life cycle analysis to assess the environmental footprint of producing green hydrogen using an alkaline electrolyser. The electrolyser is powered by a standalone, off-grid hybrid energy system combining solar photovoltaics and wind energy, and includes underground hydrogen storage. Future environmental impacts are estimated using the Premise tool and Activity Browser, aligned with defossilisation pathways modeled by the LUT Energy System Transition framework. Four geographically diverse countries—Finland, Germany, Spain, and Chile—are selected as case studies due to their distinct climates and differing ratios of solar and wind energy. Results indicate that regions with higher wind energy input, such as Finland, tend to have smaller environmental impacts compared to those relying more heavily on solar energy, like Chile. The global warming potential (GWP100) per kilowatt-hour of hydrogen (based on its lower heating value) is projected to fall significantly—from a 2020 range of 37.4–72.3 g CO₂-equivalent to 20.3–23.1 g CO₂-equivalent by 2050. By mid-century, most of the residual emissions are linked to the extraction and processing of raw materials—such as steel, silicon, aluminium, and concrete—as well as transport emissions from land and sea logistics. However, these emissions could be nearly eliminated if renewable energy is fully adopted in industrial and transportation sectors.

L’idrogeno è destinato a svolgere un ruolo fondamentale nella transizione verso un sistema energetico globale completamente rinnovabile entro il 2050. Questo studio utilizza un’analisi del ciclo di vita con approccio prospettico per valutare l’impronta ambientale della produzione di idrogeno verde tramite un elettrolizzatore alcalino. L’elettrolizzatore è alimentato da un sistema energetico ibrido e autonomo fuori rete, che combina l’energia solare fotovoltaica e l’energia eolica, includendo anche lo stoccaggio sotterraneo dell’idrogeno. Gli impatti ambientali futuri vengono stimati utilizzando gli strumenti Premise e Activity Browser, in linea con gli scenari di defossilizzazione elaborati dal modello LUT Energy System Transition. Quattro paesi geograficamente diversi — Finlandia, Germania, Spagna e Cile — sono stati scelti come casi di studio per via dei loro differenti climi e della diversa combinazione tra energia solare ed eolica. I risultati mostrano che le regioni con una maggiore quota di energia eolica, come la Finlandia, tendono ad avere impatti ambientali inferiori rispetto a quelle che fanno maggior affidamento sull’energia solare, come il Cile. Il potenziale di riscaldamento globale (GWP100) per chilowattora di idrogeno (sulla base del suo potere calorifico inferiore) dovrebbe ridursi in modo significativo: da un intervallo compreso tra 37,4 e 72,3 grammi di CO₂ equivalente nel 2020 a 20,3–23,1 grammi nel 2050. Entro la metà del secolo, la maggior parte delle emissioni residue sarà legata all’estrazione e alla lavorazione delle materie prime — come acciaio, silicio, alluminio e calcestruzzo — nonché alle emissioni legate ai trasporti terrestri e marittimi. Tuttavia, queste emissioni potrebbero essere quasi completamente eliminate attraverso l’adozione di sistemi energetici interamente rinnovabili nei settori industriali e dei trasporti.