Brint og elektrobrændstof træder ind på scenen

Skiftet til grøn brint og elektrobrændstof begynder nu og vil være dominerende fra 2030 og fremefter. Rambølls Power-to-X-ekspert, Eva Ravn Nielsen, ser på lagrings- og produktionsmulighederne og deres anvendelse.

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

facebook linkedin twitter

Den 14. Juni 2021 annonceredes planerne om at kickstarte overgangen fra fossile brændstoffer til vedvarende energi for al skibsfart i Østersøregionen. De nye brændstoffer kan være grøn ammoniak, metanol eller brint fremstillet ved vandelektrolyse og drevet af vindenergi. Det specifikke projekt, Bornholm Bunker Hub, har til formål at etablere infrastruktur til brændstoflagring og -bunkering, ombygge skibe til at sejle på nye brændstoffer og sikre brændstofforsyningen enten ved lokal produktion eller fra eksterne kilder.

Projektet er ganske typisk for et grønt brintprojekt: Det vil kræve nye lagringsfaciliteter og -løsninger til brint eller ammoniak i stor skala (centraliseret) ved havnen og i mindre skala (lokalt som en del af anvendelsen) i form af brændstoftanke om bord på fartøjerne.

Power-to-X og e-brændstoffer

Bestræbelserne på at begrænse den globale opvarmning kræver CO2-reduktion og ny teknologi i mange sektorer. Fossile brændstoffer bliver erstattet af vedvarende energi som f.eks. vind-, sol- og vandkraft. Til boligopvarmning kan elektricitet anvendes direkte, f.eks. i varmepumper, der omdanner elektricitet til varme med høj effektivitet. På samme måde kan den meste passagertransport let ændres fra personbiler med fossilt brændstof til elbiler.

Nogle sektorer kan dog ikke uden videre elektrificeres. Hvis der kræves store energimængder, er batterier ikke tilstrækkelige til at lagre og transportere energi. Tung transport, shipping og luftfart kræver alle brændstof i flydende form eller gasform, da batterier ikke kan bruges på grund af deres vægt. Her vil grøn brint, grøn ammoniak og andre e-brændstoffer være løsningen.

De nye grønne brændstoffer fremstilles typisk ved elektrolyse, hvor elektricitet opdeler vandet i dets to grundstoffer, brint og ilt. Hvis energien kommer fra en vedvarende kilde, taler vi om grøn brint. Brint kan bruges direkte eller i en kemisk syntese til fremstilling af andre stoffer som f.eks. metan (syntetisk naturgas), metanol (en flydende energibærer, der kan bruges som brændstof eller som råvare i industrielle processer), ammoniak og jetbrændstof. Disse teknologier kaldes power-to-X, hvor X betegner det fremstillede materiale. Brændstoffer kaldes ofte for elektrobrændstoffer eller blot e-brændstoffer. Det viser, at de stammer fra vedvarende elektricitet og adskiller sig fra fossile brændstoffer.

Opskalering af nye teknologier

Rambøll er en global rådgivningsvirksomhed, der hjælper energivirksomheder og infrastrukturejere med demonstrationsprojekter, der opskalerer power-to-X-teknologier. Elektrolysatorer testes i dag typisk i megawatt-skala og sigter mod 100 MW eller endda gigawatt før 2030. For at give et indtryk af produktionsvolumen vil en elektrolyseenhed på 1 MW typisk producere 20 kg eller ca. 220 Nm3 brint i timen.

Underjordisk lagring af brint

Hvis brint bruges som en betydelig energibærer i et nationalt energisystem, vil det kræve ny infrastruktur og en stor brintlagringskapacitet. En unik mulighed for billig, omfattende og fleksibel opbevaring af brint findes i naturlige salthuler eller grundvandsmagasiner. Potentialet for brintlagring i saltaflejringer og saltkupler i Europa vurderes til at være betydeligt (>100 PWh) og er fordelt bredt over flere EU-lande. Brintlagring i salthuler kan også være den hurtigste måde til at opnå stor lagringskapacitet til en hurtigt voksende europæisk brintøkonomi.

CO2-fangst og brug sammen med elektrolyse

På et biomassefyret kraftværk er man ved at forberede produktion af e-brændstoffer fra alle vedvarende energikilder. Fremstilling af kulstofholdigt brændstof kræver en biogen CO2-kilde. Derfor vil man foretage CO2-fangst fra anlæggets røggas. Parallelt hermed vil en elektrolysator fremstille grøn brint fra vand. Endelig vil CO2 og brint blive syntetiseret til et grønt e-brændstof, der kan bruges til transport. Aktiviteterne har omfattet teknisk design, risikovurdering, tilladelsesdokumenter og købsdokumenter, der fører projektet frem mod den endelige investeringsbeslutning.

"Brint er ikke en tryllestav, der løser alle fremtidige udfordringer ved global opvarmning og realiserer de nødvendige emissionsreduktioner for CO2. Direkte elektrificering vil være en hovedløsning i forbindelse med CO2-reduktion, men grøn brint og e-brændstoffer vil være en hovedløsning for sektorer, der er vanskelige at elektrificere fra og med 2030."

EVA RAVN NIELSEN

Chief advisor

Infrastruktur for brint og genanvendelse af eksisterende rørledninger

Hvis brint skal spille en central rolle i EU's CO2-reduktionsaktiviteter, skal den gøres tilgængelig på hele kontinentet til de lavest mulige omkostninger. Omkostningerne ved transport af brint er en vigtig udfordring. Der er to muligheder: Enten bliver brintproduktionen stærkt decentraliseret, eller der bliver behov for betydelige investeringer i rørledningsinfrastrukturen.

Der er gennemført konceptundersøgelser og -strategier for aktører inden for gastransmission.

Der er behov for at forbinde lokale brintproduktionsanlæg med brintforbrugere i et dedikeret brintnetværk, der forbinder Skandinavien, Tyskland og Holland med resten af Europa. Netværket kan være en nyetableret, dedikeret brintinfrastruktur eller genbrug af eksisterende gasrørledninger. Brintforbrugerne vil omfatte brintpåfyldningsstationer, især til tunge køretøjer som lastbiler og busser, men industrier vil også være slutbrugere af grøn brint, der leveres fra et tilslutningsnet.

Energiøer

Danmark vil etablere de første energiøer i verden. Det vil markere begyndelsen på en ny æra for storstilet havvindkraft. To energiøer skal færdiggøres i 2030 og vil kunne levere 5 GW strøm.

Ifølge planen skal der skabes en kunstig ø i Nordsøen som knudepunkt for havvindmølleparker, der leverer 3 GW med et langsigtet udvidelsespotentiale på 10 GW. I Østersøen vil energiøen være Bornholm, hvor de elektrotekniske anlæg på øen bliver knudepunkt for havvindmølleparker ud for kysten, der leverer 2 GW. Begge steder tager man potentialet ved produktion af brint eller ammoniak i betragtning. Bunkering til fartøjer ved den kunstige ø i Nordsøen kunne også overvejes, hvorved både produktionen og forbruget tages væk fra kysten.

I dag ligger fokus på konceptudvikling og analyser i forskellige sammenhænge. Ud fra et omkostningsperspektiv er det yderst relevant at kunne reducere den elektriske forbindelse i form af kabler til kysten. Desuden vil Power-to-X-anlæggene kunne udligne udsvingene i vedvarende energi. Elektrolysatorerne, der producerer brint, kan også køre, når der er et overskud i energiproduktionen, og de kan lukke ned, når der er behov for al produceret elektricitet til andre formål. Elomkostningerne er meget dominerende i produktionsomkostningerne, og svingende udbud og efterspørgsel efter elektricitet resulterer i svingende elektricitetspriser. Det er faktorer, som kan forbedre business casen for brintproduktion.

Opgradering af biogas til grøn naturgas

Naturgas består hovedsagelig af CH4, også kaldet metan. Naturgasnettene er i dag fyldt med fossilt brændstof. I fremtiden kræver CO2-reduktion grøn eller såkaldt syntetisk naturgas. Der er forskellige veje til produktion af grøn naturgas. Én måde er at udnytte biogas og opgradere den. Biogas indeholder typisk 60 % metan og 40 % CO2. Metandelen kan føres direkte ind i gasnettet (når den er separeret fra CO2). CO2 er en vigtig kilde til biogent kulstof. Den kan omdannes til metan ved reaktion med brint, som fremstilles ved elektrolyse af vand.

Potentialet for at opgradere biogas og gøre de sorte rørledninger grønne bliver analyseret.

Grøn ammoniak til landbruget

Ammoniak udleder i øjeblikket mere end 1 % af verdens globale CO2-udledning. Ammoniak bruges primært i gødning til landbruget. I dag fremstilles den af brint fra fossil naturgas i en proces, der kaldes damp-metanreformering. Potentialet for CO2-reduktion i denne sektor er derfor enormt, fordi den grå brint fra fossilt brændstof erstattes af grøn brint fra vedvarende energi og elektrolyse.

Ud over at ammoniak bruges i landbruget, forventes det også at være det vigtigste brændstof til oceangående skibe. Ammoniakproduktionen forventes derfor at blive opskaleret flere gange.

Udsigt til en stor udvidelse

Der kan forventes en stor stigning i de grønne brændstoffer baseret på vedvarende energi og elektrolytteknologi. EU har en strategi for havvindkraft, der sigter mod at udvide havenergiproduktionen fra 12 GW i dag til mere end 60 GW i 2030 og helt op til 300 GW i 2050. Størstedelen vil blive brugt til elektrificering af vores energisystemer, men en pæn andel vil gå ind i power-to-X-processerne.

Desuden har EU lanceret en brintstrategi med det formål at implementere 6 GW elektrolyse i 2024 og 80 GW i 2030. Halvdelen af dette er planlagt i EU-landene, halvdelen i nabolandene.

For at få investeringerne og gennemførelsen hurtigt i gang er der behov for en mere detaljeret forståelse af de fremtidige regelværk. En klarhed omkring de fremtidige eltakster eller CO2-beskatning af konkurrerende teknologier er en nødvendighed, før man beslutter store investeringer i anlæg i gigawatt-klassen.

Brint er ikke en tryllestav, der løser alle fremtidige udfordringer ved global opvarmning og realiserer de nødvendige emissionsreduktioner for CO2. Direkte elektrificering vil være en hovedløsning til CO2-reduktion, men grøn brint og e-brændstoffer vil være en hovedløsning for sektorer, der er vanskelige at elektrificere fra og med 2030.

Rambøll på COP26

Rambøll deltager på COP26 og deler indsigt for at støtte regeringer og virksomheder i at tage klimainitiativer for at opnå CO2-reduktion, tilpasse sig og fremme bæredygtige forandringer.

Få mere at vide om Rambølls deltagelse på COP26 og tilknyttede arrangementer i Glasgow, og find ud af, hvor du kan møde Rambøll på COP26.

Vil du vide mere?

Eva Ravn Nielsen
Senior chief advisor
+45 51 61 04 83

Se alle

Hvad er "scope 4"-emissioner, og hvorfor skal jeg interessere mig for dem?

Som om det ikke var nok med tre scopes for drivhusgasemissioner, begynder man nu at tale om scope 4. I denne artikel giver vores ekspert Laura Bowler dig et lynkursus i disse "nyere" emissioner og hjælper dig med at forstå, om de er relevante for din virksomhed.

Sådan tackler vi klimatilpasning i vores boliger og bygninger

Klimavidenskaben har forudset det i et stykke tid, og nu begynder Storbritannien at opleve mere af det ekstreme vejr, der desværre kun vil blive mere udbredt med tiden. Med en række temperaturrekorder er vi nødt til at tage stilling til realiteterne: Vores hjem og bygninger skal være bedre rustet til at afbøde de højere temperaturer. Her præsenterer vores ekspert Andrew Mather nogle muligheder for at tilpasse boliger og bygninger.

people enjoying the summer at the lakes in Copenhagen