Role of low carbon emission H2 in the energy transition of Colombia: Environmental assessment of H2 production pathways for a certification scheme

Abstract

Hydrogen (H2) is a low-carbon carrier. Hence, measuring the impact of its supply chain is key to guaranteeing environmental benefits. This research proposes a classification of H2 in Colombia based on its carbon footprint and source. Such environmental characterization enables the design of regulatory instruments to incentivize the demand for low carbon-H2. Life cycle assessment (LCA) was used to determine the carbon footprint of H2 production technologies. Based on our LCA, four classes of H2 were defined based on the emission threshold: (i) gray-H2 (21.8–17.0 kg CO2-eq/kg H2), (ii) low-carbon-H2 (4.13 – 17.0 kg CO2-eq/kg H2), (iii) blue-H2 (<4.13 kg CO2-eq/kg H2), and (iv) green-H2 (<4.13 kg CO2-eq/kg H2). While low-carbon-H2 could be employed to reduce 22 % of the national greenhouse gas (GHG) emissions as defined in the Nationally Determined Contribution (NDC), both blue and green-H2 could be employed for national and international trade since the standard emissions are aligned with international schemes such as CertifHy and the Chinese model. Besides, gasification of biomass results in environmental savings, indicating that biomass is a promising feedstock for international and local trade. Furthermore, combinations of H2 production technologies such as renewable-based electrolysis, natural gas steam reforming with CCS, and ethanol conversion were evaluated to explore the production of a combination of green- and blue-H2 to meet the current and future demand of low-carbon emission H2 in Colombia. However, to comply with the proposed carbon emission threshold, the installed capacities of solar and wind energies must be increase.

El hidrógeno (H2) es un portador bajo en carbono. De ahí que medir el impacto de su cadena de suministro sea clave para garantizar beneficios ambientales. Esta investigación propone una clasificación del H2 en Colombia en función de su huella de carbono y fuente. Dicha caracterización ambiental permite diseñar instrumentos regulatorios para incentivar la demanda de H2 bajo en carbono. Se utilizó la evaluación del ciclo de vida (LCA) para determinar la huella de carbono de las tecnologías de producción de H2. Con base en nuestro ACV, se definieron cuatro clases de H2 según el umbral de emisión: (i) H2 gris (21,8–17,0 kg CO2-eq/kg H2), (ii) H2 bajo en carbono (4,13 – 17,0 kg CO2-eq/kg H2), (iii) H2 azul (<4,13 kg CO2-eq/kg H2), y (iv) verde-H2 (<4,13 kg CO2-eq/kg H2). Si bien se podría emplear H2 con bajas emisiones de carbono para reducir 22 % de las emisiones nacionales de gases de efecto invernadero (GEI) según se definen en la Contribución Determinada a Nivel Nacional (NDC), tanto el H2 azul como el verde podrían emplearse para el comercio nacional e internacional ya que el estándar Las emisiones están alineadas con esquemas internacionales como CertifHy y el modelo chino. Además, la gasificación de La biomasa genera ahorros ambientales, lo que indica que la biomasa es una materia prima prometedora para los mercados internacionales y comercio local. Además, las combinaciones de tecnologías de producción de H2, como la electrólisis basada en energías renovables, Se evaluaron el reformado con vapor de gas natural con CCS y la conversión de etanol para explorar la producción de un combinación de H2 verde y azul para satisfacer la demanda actual y futura de H2 con bajas emisiones de carbono en Colombia. Sin embargo, para cumplir con el umbral de emisiones de carbono propuesto, las capacidades instaladas de energía solar y Es necesario aumentar la energía eólica.