Life cycle assessment of the power-to-gas process in the context of Quebec

Darvish, Hoda (2023). Life cycle assessment of the power-to-gas process in the context of Quebec. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Storing electricity from renewable energy sources for long term is a power-to-gas (PtG) concept. This electricity then produces fuels for industry, transportation, and household. However, this technology has different system variations with various environmental performances that should be investigated and compared to the conventional technologies before industrialization. Hydropower, as a low-carbon electricity source, is the highest contributor to Quebec electricity (about 94%), making the life cycle assessment of power to gas valuable to be investigated. In this study, life cycle assessment of PtG in Quebec was conducted as a baseline scenario and compared with the natural gas. Then, the sensitivity analyses were carried based on different electricity sources from different provinces in Canada (Alberta and Quebec). For the baseline scenario, CO2 was assumed to captured from the cement plant gas emission. Human health and ecosystem quality for the baseline scenario were acquired to be 4.89E-06 (DALY) and 0.77 (PDF.m2.yr), respectively. Also, greenhouse gas emission for the baseline scenario was equal to 0.04 (kg CO2 eq). Impact categories in all damage levels were significantly higher for natural gas compared to producing methane from PtG (synthetic natural gas-SNG). 5.13 (kg CO2 eq) was obtained for the climate change impact for natural gas. The fossil fuel base of Alberta’s electricity is responsible for the %60 of impacts on the climate change in natural gas. Sensitivity analysis were implemented based on different sources of electricity for producing SNG. It was concluded that if Alberta electricity is used in the system, more environmental impacts can be seen. The outcome of this study showed that the climate change impact for Alberta scenario is five times higher than the climate change for the Quebec scenario. CO2 unit was calculated to demonstrate higher contributions to the impacts on the environment, whereas these impacts can be mitigated by employing more clean electricity in this unit process. Outcomes showed that methanation with Quebec electricity source leads to larger environmental benefits compared to the conventional natural gas and other sources of electricity.

Titre traduit

Analyse du cycle de vie du procédé power-to-gas dans le contexte québécois

Résumé traduit

L’entreposage à long terme de l’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables est un concept de conversion de l’électricité en gaz (PtG). Cette électricité produit ensuite des combustibles pour l’industrie, les transports et les ménages. Cependant, cette technologie a différentes variations de système avec diverses performances environnementales qui devraient être étudiées et comparées aux technologies conventionnelles avant l’industrialisation. La puissance électrique, une source d’électricité à faible émission de carbone, est le plus grand contributeur à l’électricité québécoise (environ 94 %), ce qui rend l’analyse du cycle de vie de l’électricité au gaz précieuse. Dans cette étude, l’analyse du cycle de vie des PtG au Québec a été réalisée comme scénario de référence et comparée au gaz naturel. Ensuite, l’analyse de sensibilité a été réalisée en fonction de différentes sources d’électricité provenant de différentes provinces du Canada (Alberta et Québec). Pour le scénario de référence, on a supposé que le CO2 ait capturé des émissions de gaz de la cimenterie. La santé humaine et la qualité de l’écosystème pour le scénario de référence ont été acquises à 4,89E-06 (DALY) et 0,77 (PDF.m2.an), respectivement. De plus, les émissions de gaz à effet de serre pour le scénario de référence étaient égales à 0,04 (kg d’équivalent CO2). Les catégories d’impact dans tous les niveaux de dommages étaient significativement plus élevées pour le gaz naturel que pour la production de méthane à partir de PtG (gaz naturel synthétique-GNS). 5,13 (kg d’équivalent CO2) ont été obtenus pour l’impact de la variation du climat pour le gaz naturel. La base de combustibles fossiles de l’électricité de l’Alberta est responsable de 60 % des impacts sur le changement climatique du gaz naturel. Des analyses de sensibilité ont été mises en œuvre sur la base de différentes sources d’électricité pour la production de GNS. Il a été conclu que si l’électricité de l’Alberta est utilisée dans le système, on peut voir plus d’impacts environnementaux. Les résultats de cette étude ont montré que l’impact du changement climatique pour le scénario de l’Alberta est cinq fois plus élevé que le scénario du changement climatique pour le scénario du Québec. L’unité de CO2 a été calculée pour démontrer des contributions plus élevées aux impacts sur l’environnement, alors que ces impacts peuvent être atténués en utilisant plus d’électricité propre dans ce processus unitaire. Les résultats ont montré que la méthanisation avec une source d’électricité québécoise entraîne des avantages environnementaux plus importants que le gaz naturel conventionnel et d’autres sources d’électricité.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with a thesis in environmental engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 77-82).
Mots-clés libres:	analyse du cycle de vie, stockage d'énergie, Power-to-Gas, méthanisation, hydroélectricité, empreinte carbone, analyse de sensibilité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Levasseur, Annie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	30 mars 2023 13:20
Dernière modification:	30 mars 2023 13:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3205

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