Grönt väte som produceras genom elektrolys av vatten med förnybara energikällor spelar en avgörande roll i den globala energiomställningen mot en hållbar framtid med låga koldioxidutsläpp. Det bidrar till övergången i olika branscher som avkarbonisering av sektorer som ståltillverkning, cement etc.

För närvarande är grönt väte mycket dyrt och det har ökat investeringar i elektrolysörer för att producera vätgas och subventioner och bidrag för att gå bort från fossila bränslen. Dessa elektrolysörer producerar också syre som en biprodukt som ventileras ut till atmosfären. För att producera ett kg väte krävs nio liter vatten och med det produceras hela åtta kg syre. Denna avhandling fokuserar på möjlig användning av syre, och betraktar det som en fri källa från elektrolysören. 

Rapportens omfattning är att primärt fokusera på marknaden för syrgas, produktionsscenarier och slutanvändningsmöjligheterna i de fallstudier som behandlas i detta projekt. Baserat på de olika marknaderna för syre som diskuterats har stålindustrin enorma investeringar i framtiden i grönt väte eftersom det krävs i stora mängder i deras processer för att gå bort från kolberoende produktion. Detta fall har studerats för att tillhandahålla syre producerat från 100 MW elektrolysör för förbränning eller ugnar. Bearbetning av syret för att avlägsna väte och vatten genom att implementera en renings- och en torkningsfas genomförs för att säkerställa kvaliteten på produktgasen till 99,87 %. Den komprimeras ytterligare till 15 bar för att levereras via pipeline till stålindustrin. På liknande sätt studeras ett annat fall av att tillhandahålla medicinsk syre till en kapacitet på 2500 bäddar på sjukhus, kräver cirka 12,1 miljoner Nm3 syre årligen. En 20 MW elektrolysör som drivs av en vindkraftspark till havs föreslås och det renade syret levereras sedan av cylindrar på 200 bar. 

Slutligen visar ekonomisk analys av båda scenarierna att om syret säljs för 1 SEK/Nm3, är återbetalningstiden för den initiala investeringen och driftskostnaderna för 45 veckors produktion 3,1 respektive 3,36 år för båda fallen, vilket bevisar potentialen hos det föreslagna alternativet att generera syre. En jämförelse mellan traditionella syregenereringsmetoder såsom kryogen luftseparation och adsorptionsmetoder studeras för att bättre förstå potentialen hos elektrolytiskt syre. Slutligen bedöms effekten av nyckelparametrar som påverkar investeringens återbetalningstid med hjälp av känslighetsanalys. 

Denna explorativa studie drar slutsatsen att det är tekniskt och ekonomiskt fördelaktigt att använda syre från elektrolysör, eftersom det på grund av expansionen av grönt väteproduktion finns en marknad och möjlighet för biprodukt syre.

Green hydrogen produced by electrolysis of water using renewable energy sources plays a crucial role in the global energy transition towards sustainable and low-carbon future. It contributes towards transition in various industries such as decarbonization of sectors like steel making, cement etc. 

Currently, green hydrogen is very expensive and there has been increasing investment in electrolysers to produce hydrogen and subsidies and grants to move away from fossil fuel. These electrolysers also produce oxygen as a byproduct which is vented out to atmosphere. To produce one kg of hydrogen, nine litres of water is required and with it as much as eight kg of oxygen is produced. This thesis focuses on possible usage of oxygen, considering it as a free source from the electrolyser. 

The scope of the report is to primary focus on the market of oxygen gas, production scenarios and the end use opportunities in the case studies considered in this project. Based on the various markets for oxygen discussed, steel industry has immense investment in the future in green hydrogen as it is required in large quantities in their processes to move away from coal dependent production. This case has been studied to provide oxygen produced from 100 MW electrolyser for combustion or furnaces. Processing of the oxygen to remove hydrogen and water by implementing a purification and a drying phase is implemented to ensure the quality of product gas to 99.87 %. It is further compressed to 15 bar to be delivered via pipeline to the steel industry. Similarly, another case is studied for providing medical oxygen to a capacity of 2500 beds in hospitals, require around 12,1 million Nm3 of oxygen annually. A 20 MW electrolyser powered by an offshore windfarm is proposed and the purified oxygen is then delivered by cylinders at 200 bar. 

Finally, economic analysis of both scenarios shows that if the oxygen is sold at 1SEK/Nm3, the payback period of the initial investment and operational costs for 45 weeks of production is 3,1 and 3,36 years for both cases respectively, proving the potential of the proposed alternative of oxygen generation. A comparison between the tradition oxygen generation methods such as cryogenic air separation and adsorption methods are studied to better understand the potential of electrolytic oxygen. Finally, the effect of key parameters affecting the payback period of the investment is assessed by using sensitivity analysis.

This exploratory study concludes that it is technically and economically favourable to use oxygen from electrolyser, as due to the expansion of green hydrogen production there is a market and opportunity for byproduct oxygen.