Hydrogen: Et nytt marked i oppbygging

Slik virker en brenselcelle

• En brenselcelle er et batteri som omformer et brennbart stoff direkte til elektrisitet. Det brennbare stoffet kan være hydrogengass, metanol eller etanol.

• Brenselcellen har to elektroder nedsenket i en elektrolytt. Det brennbare stoffet, for eksempel hydrogen, ledes inn ved den ene elektroden (den negative polen) og avgir elektroner til denne. Samtidig reagerer stoffet med elektrolytten under dannelse av H+-ioner. Den andre elektroden (den positive polen) tilføres luft eller oksygen, og elektroden avgir da elektroner (strøm). Oksygenet reduseres ved at det i elektrolytten dannes OH–-ioner som reagerer med H+-ionene til vann.

• Brenselceller er svært effektive. En forbrenningsmotor har en virkningsgrad på om lag 35 prosent, og en dampturbin har rundt 50 prosent, mens en brenselcelle har en teoretisk øvre grense på nær 100 prosent. På nåværende stadium regnes riktignok en virkningsgrad på 50–60 prosent som et bra resultat.

(Kilde: Store norske leksikon)

Skipsfartsnæringen må kutte utslipp

Hydrogen har potensial til å spille en viktig rolle i avkarboniseringen av skipsfarten i kommende år og tiår.

Shippingsektoren har generelt en tendens til å være ganske konservativ, og det er lange ledetider for å bygge nye skip. Både fra et regulatorisk perspektiv og på bakgrunn av forbrukernes etterspørsel er imidlertid utviklingen i ferd med å presse seg frem mot bruk av renere drivstoff.

Et stor del av den maritime sektoren vil bli inkludert i EUs kvotehandelssystem (EU ETS) fra 2024, noe som vil gjøre utslippene mer kostbare. I Norge er det planer om å øke CO₂-avgiftene til 2.000 kroner per tonn CO₂ innen 2030, foruten å sikre at alle nye anbud på ferger og høyhastighets passasjerskip er lav- eller nullkarbonbasert innen henholdsvis 2023 og 2025.

Det er allerede flere ferger som drives av batterier, men lengre strekninger vil kreve hydrogendrift. Flere prosjekter for hydrogenferger er under realisering eller under planlegging. Komprimert hydrogen er betydelig billigere enn flytende hydrogen og egner seg godt til fergesegmentet, men også for kystbulk- og containerskip. Hydrogen kan enten lagres i trykkbeholdere som byttes ut på skipet etter behov, eller som fylles gjennom spesielle slanger.

– Skip med et høyt kraftbehov, enten de er større eller trenger å være lenge ute på havet, krever et mer energitett drivstoff. De mest omtalte drivstoffene for slik skipsfart er lavkarbonmetanol og ammoniakk, som begge er produsert av hydrogen, forklarer Holsen.

Ammoniakk regnes som et potensielt fraktdrivstoff i fremtiden, siden det kan være helt CO₂-fritt. Men ulempene inkluderer toksisitetsnivåer som vil kreve høye sikkerhetstiltak, og det er mangel på motorer og brenselceller som kan bruke ammoniakk, selv om disse er under utvikling. Metanol blir sett på som en god løsning å bruke på kort sikt, siden det har mindre sikkerhetsutfordringer enn ammoniakk. Metanol er også flytende ved mer normale temperaturer, og motorene og bunkringsinfrastrukturen er allerede tilgjengelig. En mulig ulempe er at metanol ikke er et nullkarbondrivstoff, og det er i dag begrenset tilgang på grønn metanol eller biometanol.

– Vi ser en stor interesse for metanol til å drive containerskip på store havstrekninger, og både metanol- og ammoniakkskip blir nå vurdert innenfor offshore supply-segmentet. Fremtiden ser lys og grønn ut for shippingindustrien, sier Holsen.

Elektrolyse – alkalisk og PEM

• Alkaliske elektrolysører er verdensledende og billige å produsere, og de har lang levetid og lave vedlikeholdskostnader. I tillegg kan de lages i store enheter som kan fremstille store mengder hydrogen. En ulempe er at de har relativt lang responstid, og at de dermed er vanskeligere å kombinere med variabel kraftforsyning.

• PEM (proton-exchange membrane) finnes i mer kompakte og generelt mer effektive enheter. Her er elektrolytten en fast protonledende membran. PEM kan settes under trykk, og man kan ha ulikt trykk på hver elektrode. Systemet har høyere strømtetthet og lavere fotavtrykk. I tillegg kan man klare seg uten kompressor, siden det kan settes under trykk. Dets lave responstid er ideell for bruk i kombinasjon med variable kraftkilder som sol eller vind.

(Kilde: energiogklima.no)

Hydrogen kan lagres

Hydrogen kan brukes som energibærer og "batteri" i kraftsektoren. Hydrogen kan konverteres til kraft ved hjelp av brenselceller eller gassturbiner når det er lengre perioder med lav vindkraft- og solcelleproduksjon.

Dette er et sannsynlig fremtidsbilde etter hvert som vi fortsetter å bygge flere intermitterende fornybare kraftkilder, det vil eksempelvis si vind- og solkraft som produseres til uvisse tider når vinden blåser og solen skinner.

Statkraft har begynt å undersøke lagringsmuligheter for hydrogen i et prosjekt på den norske vestkysten. Hvis det lykkes, kan hydrogenlagring bygges ut andre steder, for eksempel i forbindelse med store vindparker i Nordsjøen eller i havner nær der hydrogenet skal avtas og forbrukes.

Statkraft har også foreslått kraftverk basert på brenselceller som en mulig kraftløsning for Svalbard når kulldriften på øysamfunnet er avviklet.

Offentlig støtte trengs i en overgangsfase

Reduserte kostnader innenfor fornybar energi og hydrogenteknologier – elektrolysører og brenselceller – vil gjøre grønne hydrogenapplikasjoner mer konkurransedyktige for direkte bruk enn fossilt brensel. Verdikjedene for hydrogen har imidlertid ikke nådd full markedsmodenhet, og det er fortsatt behov for offentlig støtte.

En viktig markedsdriver vil være å legge til rette for reduserte kostnader ved å lage elektrolysører og ha politiske insentiver i form av karbonavgifter eller subsidier. Politiske rammer og reguleringer kan akselerere veksten i elektrolysørkapasitet og produksjon av grønt hydrogen og vil dermed bidra til å øke kostnadene ved bruk av fossile alternativer.

Grønt hydrogen trenger insentiver, og det er viktig å gi økonomisk støtte som muliggjør oppskalering og drift. I en oppbyggingsfase bør elektrolysører være gjenstand for investeringsstøtte. Det vil bidra til å redusere ulempen som det kan innebære å gå foran i utviklingen.