Hydrogen og E-fuels kommer på banen

Skiftet til grønt hydrogen og elektrodrivstoff starter nå og vil dominere fra 2030 og fremover. Rambølls Power-to-X ekspert, Eva Ravn Nielsen ser på alternativer for oppbevaring, produksjon og bruk.

Hydrogen renewable energy production - hydrogen gas for clean electricity solar and windturbine facility, 3d rendering

facebook linkedin twitter

Den 14. juni 2021 ble planene for å kickstarte overgangen fra fossilt drivstoff til fornybar for all skipsfart i Østersjøregionen offentliggjort. De nye drivstofftypene kan være grønn ammoniakk, metanol eller hydrogen laget av vannelektrolyse og drevet av vindenergi. Det spesifikke prosjektet, Bornholm Bunker Hub, tar sikte på å etablere infrastruktur for drivstofflagring og bunkring, renovere fartøyer til å kunne kjøre på nytt drivstoff og sikre drivstoffforsyning enten ved lokal produksjon eller fra eksterne kilder.

Dette prosjektet er ganske typisk for et grønt hydrogenprosjekt, i den forstand at det vil kreve nye lagringsanlegg og løsninger for hydrogen eller ammoniakk i stor skala (sentralisert) på havnen og i mindre skala, (lokalt som en del av bruken), i form av drivstofftanker ombord på fartøyene.

Power-to-X og e-drivstoff

Arbeidet med å begrense global oppvarming krever dekarbonisering og ny teknologi innenfor mange sektorer. Fossilt drivstoff skiftes ut med fornybar energi som vind, sol og vannkraft. For oppvarming av boliger kan elektrisitet brukes direkte f.eks. i varmepumper, som omdanner strøm til varme med høy virkningsgrad. Tilsvarende kan det meste av persontransport ganske enkelt endres fra fossildrevne personbiler til elektriske kjøretøy.

Men noen sektorer kan imidlertid ikke så lett elektrifiseres. Der det kreves store mengder energi, vil batterier ikke være tilstrekkelige til å lagre og transportere energi. Tungtransport, frakt og luftfart krever alle et drivstoff i flytende eller gassform, siden vekten av batterier gjør dem uegnet for disse bruksområdene. For disse bruksområdene vil grønt hydrogen, grønn ammoniakk og andre e-drivstoff være løsningen.

De nye grønne drivstoffene er vanligvis laget ved hjelp av elektrolyse der elektrisitet brukes til å spalte vann i elementene, hydrogen og oksygen. Hvis strømmen kommer fra en fornybar kilde, snakker vi om grønt hydrogen. Hydrogenet kan brukes direkte eller det kan brukes i en kjemisk syntese som produserer andre stoffer som metan (syntetisk naturgass), metanol (en flytende energibærer som kan brukes som drivstoff eller som råstoff i videre industrielle prosesser), ammoniakk og flybensin. Disse teknologiene kan omtales som power-to-X, der X betegner stoffet som produseres. Drivstoffet kalles ofte elektrodrivstoff eller bare e-drivstoff, noe som indikerer dets opprinnelse fra fornybar elektrisk kraft og skiller seg fra fossilt drivstoff.

Oppskalering av nye teknologier

Som et globalt ingeniørkonsulentselskap bistår Rambøll energiselskaper og infrastruktureiere i demonstrasjonsprosjekter som oppskalerer kraft til X-teknologier. Elektrolysører i dag er typisk testet i megawatt-skala og sikter mot 100 MW eller til og med gigawatt før 2030. For å gi en indikasjon på produksjonsvolumer vil en elektrolyseenhet på 1 MW typisk produsere 20 kg hydrogen per time eller omtrent 220 Nm3.

Hydrogenoppbevaring under bakken

Bruk av hydrogen som en viktig energibærer i et nasjonalt energisystem vil kreve ny infrastruktur og stor lagringskapasitet for hydrogen. En unik mulighet for lavkost, storskala og fleksibel hydrogenlagring finnes i naturlige salthuler eller akviferer. Potensialet for hydrogenlagring i bunnsaltforekomster og saltkupler i Europa er beregnet til å være betydelig (>100 PWh) og er bredt fordelt utover flere EU-land. Hydrogenlagring i saltgrotter kan også være den raskeste måten å frigjøre stor lagringskapasitet for den raskt voksende europeiske hydrogenøkonomien.

Karbonfangst og bruk med elektrolyse

På et biomassefyrt kraftverk pågår det forberedelser for å lage produksjon av e-drivstoff fra alle fornybare kilder. For et karbonholdig drivstoff kreves det en biogen kilde til CO2. Derfor vil det være karbonfangst fra anleggets røykgass. Parallelt vil det finnes en elektrolysator som lager grønt hydrogen av vann. Og til slutt vil CO2 og hydrogen syntetiseres til et grønt e-drivstoff som kan brukes til transport. Aktivitetene har inkludert ingeniørdesign, risikovurdering, tillatelser og kjøpsdokumenter som beveger prosjektet mot den endelige investeringsbeslutningen.

"Hydrogen er ikke en gullkantet løsning for alle fremtidige utfordringer ved global oppvarming og få til tilstrekkelige reduksjoner av CO2-utslipp. Direkte elektrifisering kommer til å bli hovedløsningen for dekarbonisering, men grønn hydrogen og e-drivstoff kommer til å bli hovedløsningen for sektorer som det er vanskelig å elektrifisere fra 2030 og fremover."

EVA RAVN NIELSEN

Global Advisor

Infrastruktur for hydrogen og omforming av eksisterende rørledninger

Hvis hydrogen skal spille en nøkkelrolle i EUs dekarboniseringsarbeid, må det gjøres tilgjengelig på hele kontinentet til lavest mulig kostnad. Kostnadene ved hydrogentransport er en sentral utfordring. To muligheter finnes: Enten blir hydrogenproduksjonen svært desentralisert eller det kreves betydelige investeringer i rørledningsinfrastruktur.

Konseptstudier og strategier for systemoperatører for gassoverføring har blitt utført.

Det er behov for å koble lokale steder for hydrogenproduksjon til stigerør i et eget hydrogennettverk som forbinder Skandinavia, Tyskland og Nederland med resten av Europa. Nettverket kan bestå av egen ny hydrogeninfrastruktur eller det kan være en gjenbruk av eksisterende gassrørledninger. Hydrogenstigerør vil utgjøre hydrogenbensinstasjoner, spesielt for tunge kjøretøy som lastebiler og busser, men også industri kan være sluttbrukere av grønt hydrogen levert av et forsyningsnett.

Energiøyer

Danmark vil etablere de første energiøyene i verden, noe som markerer starten på en ny æra for storskala vindkraft til havs. To energiøyer skal stå ferdig i 2030, og vil kunne levere 5 GW strøm.

Planen legger opp til bygging av en kunstig øy i Nordsjøen som skal fungere som et knutepunkt for havvindparker som leverer 3 GW strøm, med et langsiktig utvidelsespotensial på 10 GW. I Østersjøen kommer energiøya til å være øya Bornholm, hvor elektrotekniske anlegg på øya vil fungere som et knutepunkt for havvindparker utenfor kysten, som leverer 2 GW strøm. Begge steder vurderes potensialet for produksjon av hydrogen eller ammoniakk. Til og med bunkring for fartøyer på den kunstige øya i Nordsjøen kan vurderes, og dermed flytte både produksjon og stigrør vekk fra land.

For tiden er fokuset på konseptutvikling og analyser i ulike settinger. Fra et kostnadsperspektiv er det meget aktuelt å kunne redusere den elektriske forbindelsen i form av kabler til land. Videre kan power-to-X-anleggene være i stand til å utjevne vekslende fornybar energi. Elektrolysørene som produserer hydrogenet kan fungere når det er overskudd av kraftproduksjon og slå seg av når det er behov for all elektrisitet som har blitt produsert til andre formål. Dette kan forbedre business caset for hydrogenproduksjon ettersom kostnaden for elektrisitet er sterkt dominerende i produksjonskostnadene, og svingende tilbud og etterspørsel av kraft vil gi svingende strømpriser.

Oppgradere biogass til grønn naturgass

Naturgass består hovedsakelig av metan, CH4. Naturgassnettene i dag er fylt av fossilt drivstoff. I fremtiden krever dekarbonisering grønn eller såkalt syntetisk naturgass. Det finnes ulike måter å produsere grønn naturgass på. En måte er å utnytte biogass og å oppgradere den. Biogass inneholder typisk 60 % metan og 40 % CO2. Metandelen kan mates direkte inn i gassnettet (når skilt fra CO2). CO2 er en viktig kilde for biogent karbon og kan omdannes til metan ved reaksjon med hydrogen laget fra vannelektrolyse.

Potensialet for oppgradering av biogass og endring av rørledningene fra svart til grønt analyseres.

Grønn ammoniakk i jordbruket

Ammoniakk står i dag for mer enn 1 % av verdens globale klimagassutslipp. Ammoniakk brukes først og fremst i gjødsel til landbruket. I dag produseres det fra hydrogen fra fossil naturgass i en prosess som kalles dampmetanreformering. Potensialet for å dekarbonisere denne sektoren er derfor enormt, med å skifte ut det grå hydrogenet fra fossilt drivstoff med grønt hydrogen, basert på fornybar energi og elektrolyse.

Foruten bruk av ammoniakk i landbruket, forutser man også at det kommer til å være hoveddrivstoffet for havgående fartøyer. Produksjonen av ammoniakk forventes derfor å bli mangedoblet.

Stor utvidelse forutses

Stor økning i grønne drivstoff basert på fornybar energi og elektrolyseteknologi anses som sannsynlig. EU har en offshore fornybar energistrategi som tar sikte på å utvide offshore vindkraftproduksjon fra 12 GW i dag til mer enn 60 GW i 2030 og så mye som 300 GW i 2050. Det meste av det vil bli brukt i elektrifiseringen av energisystemene våre, men en god del vil gå inn i power-to-X-prosessene.

Videre har EU lansert en Hydrogenstrategi med mål om å implementere 6 GW elektrolyse i 2024 og 80 GW i 2030. Halvparten av dette er planlagt i EU-land, halvparten i naboland.

Men for å få investeringene og implementeringen til å komme igang så raskt som mulig, har man behov for å avklare det fremtidige regelverket. Klarhet i fremtidige strømpriser eller CO2-beskatning på konkurrerende teknologier er et must før man kan avgjøre om man skal foreta store investeringer i anlegg i gigawatt-skala.

Hydrogen er ikke en gullkantet løsning for alle fremtidige utfordringer ved global oppvarming og få til tilstrekkelige reduksjoner av CO2-utslipp. Direkte elektrifisering kommer til å bli hovedløsningen for dekarbonisering, men grønn hydrogen og e-drivstoff kommer til å bli hovedløsningen for sektorer som det er vanskelig å elektrifisere fra 2030 og fremover.

Rambøll på COP26

Rambøll deltar på COP26 og deler innsikt for å støtte regjeringer og bedrifter i å ta klimatiltak for å redusere karbonisering, tilpasse og drive frem bærekraftig endring.

Lær mer om Rambølls deltakelse på COP26 og tilknyttede arrangementer i Glasgow, og finn ut hvor du kan møte Rambøll på COP26.

Vil du vite mer?

Eva Ravn Nielsen
Global Advisor
+45 51 61 04 83

Se flere

Hva er scope 4-utslipp, og hvorfor er de viktige?

Som om ikke tre typer, eller «scopes», av klimagassutslipp er nok, så begynner man nå å snakke om scope 4-utslipp. I denne artikkelen gir vår ekspert, Laura Bowler, deg et kræsj-kurs i disse nye typene utslipp. Her får du vite om de er viktige for deg og selskapet ditt.

Klimatilpasning i hjem og bygninger

Klimavitenskapen har sagt det en stund, men Storbritannia begynner nå å oppleve mer av ekstremværet som dessverre bare vil bli mer utbredt. Når vi fortsetter å slå nye rekordtemperaturer, må vi innse realiteten at hjemmene og bygningene våre må være bedre utstyrt for å dempe trykkende temperaturer. I denne artikkelen viser vår ekspert Andrew Mather måter å tilpasse hjem og bygninger på.

people enjoying the summer at the lakes in Copenhagen