GRØNT HYDROGEN ER FREMTIDENS DRIVSTOFF

01.03.2022 / Jeppe Grue

Energinøytralt grønt hydrogen ses i økende grad på som fremtidens drivstoff – det som kan erstatte fossile drivstoffer i en rekke utslippstunge bransjer og sektorer. Det er fortsatt en stund igjen til grønt hydrogen dominerer markedet, men etter hvert som globale tiltak for å håndtere klimakrisen intensiveres, vokser forståelsen av grønt hydrogen og dets verdensforandrende potensial. Velkommen til starten på hydrogenalderen.

GÅTEN OM KLIMAENDRINGER

Oversvømmelser, ørkenspredning, nye varmerekorder og krympende isbreer. For hver dag som går, blir det mer åpenlyst at klimaendringer er et eksistensielt problem som krever at vi foretar et skifte i retning av nye og rene teknologier.

Energiforsyningssektoren står for 35 prosent av alle klimagassutslipp, og er dermed den største bidragsyteren til klimaendringer globalt. Det internasjonale energibyrå (IEA) forventer en stigning i energietterspørselen på 30 prosent i 2040. Hvis denne endring hadde blitt løst ved hjelp av fossile drivstoffer, ville den i stor grad gjøre det umulig å begrense den globale oppvarmingen til 1,5 °C. Det er åpenbart at vi er nødt til å gjøre tingene på en annen måte. Det er her det ydmyke hydrogenatomet, det hyppigst forekommende elementet i universet, kommer inn i bildet.

BREKKSTANG FOR KLIMAFORPLIKTELSER

Hydrogen er en utrolig god energibærer, og ifølge IEA er etterspørselen etter hydrogen tredoblet siden 1980. Hydrogen kan deles inn i fire hovedvarianter: grå, brun, blå og grønn. Grått og brunt hydrogen, hvor begge fremstilles av fossilt drivstoff, er de hyppigst brukte variantene og utleder store mengder CO₂. Blått hydrogen er et alternativ med lave CO₂-utslipp, hvor produksjonsprosessen er basert på fossile drivstoffer, kombinert med CO₂-oppsamling og -lagring (CCS), for å minimere klimaavtrykket.

I motsetning til andre varianter fremstilles grønt hydrogen ved elektrolyse drevet av fornybar energi, som deler vannmolekyler i hydrogen og oksygen. Denne prosessen utleder ikke CO₂, og grønt hydrogen er derfor klimanøytralt. Dessuten kan grønt hydrogen lett transporteres og oppbevares, noe som er med på å imøtegå utfordringene med uregelmessighet og varierende etterspørsel ved å fungere som et batteri for fornybar energi.

Interessen for grønt hydrogen har vokst kraftig. Det har skjedd i takt med at stoffet har blitt ansett som avgjørende for å imøtekomme den fremtidige energietterspørselen og forpliktelsene i Parisavtalen. Mens hydrokarbonens tidsalder går mot slutten, har grønt hydrogen potensial til å bli verdens dominerende energimedium.

VERKTØY FOR DEKARBONISERING OG SEKTORKOBLING

Det grønne hydrogenets allsidighet betyr at det kan utnyttes av en lang rekke teknologier og bransjer. Det muliggjør omstilling av sektorer som ikke kan elektrifiseres direkte. Stål, sement, landbruk og transport er fire sektorer hvor grønt hydrogen vil være avgjørende for dekarbonisering. Stål og sement står begge for 8 prosent av det globale CO₂-utslippet, mens landbruksproduksjon og transport står for intet mindre enn henholdsvis 11 og 24 prosent. Å dekarbonisere disse sektorene haster.

Mange bransjer, som anses som nærmest umulig å dekarbonisere, er avhengige av stabil og ekstrem varmeproduksjon, som ikke kan oppnås med elektrisitet. I et stålverk går ovnene på koks fremstilt av kull. Når man erstatter koks med hydrogen, skapes en prosess som kun utleder vanndamp. Hydrogen kan også brukes til å varme opp sementovner som typisk bruker naturgass. Hydrogenets evne til å omdanne periodisk fornybar elektrisitet til en stabil strømkilde som kan lagres, gjør det i høy grad forenlig med behovene innenfor tungindustrien.

I landbrukssektoren produseres mange CO₂-baserte gjødselprodukter som for eksempel ammoniakk ved en energiintensiv prosess med høye utslipp, hvor hydrogen typisk kommer fra metangass (grått hydrogen). Grønt hydrogen kan i stedet kombineres med CO₂ fra luften for å produsere grønn ammoniakk med nullutslipp. I visse tilfeller kan grønn ammoniakk erstatte hydrogen som energibærer. For hydrogen som produseres på fjerntliggende steder, er det ofte mer effektivt å omdanne det til ammoniakk før det sendes videre til kjøperen.

EN NY ÆRA FOR TUNGTRANSPORTEN

Mange spekulerer på hvordan grønt hydrogen best kan innlemmes i transportsektoren. Elbiler kan lades enten med et batteri eller via en hydrogentank, som bruker brenselceller til å omdanne gass til elektrisitet. Hydrogenbaserte syntetiske drivstoffer, som for eksempel metanol og kerosin, kan produseres ved å kombinere grønt hydrogen og oppsamlet CO₂.

• Batteridrevne elbiler er velegnet til lett veitransport på grunn av deres uovertrufne kilde-til-hjul-effektivitet (et mål for et kjøretøys helhetlige effektivitet, fra drivstoffutvinning til transport, forsyning og oppbevaring i drivstofftank).
• Hydrogendrevne elbiler er fordelaktige for tungtransport. Hydrogendrevne lastebiler forventes å bli modne for markedet innen ti år, idet transportgiganter som for eksempel Hyundai, Toyota, Volvo og General Motors oppskalerer produksjonen av hydrogenbaserte brenselceller.
• For ferger foretrekkes elektriske skip til korte seilaser, mens hydrogendrevne skip er bedre egnet til lengre reiser. Det danske fergeselskapet DFDS holder på å utvikle et 100 % hydrogendrevet skip til sin København-Frederikshavn-Oslo-rute.
• Til global skipsfart på åpent hav anses syntetisk metanol og ammoniakk for å være rene og effektive alternativer til skipsdrivstoff. I 2024 forventes det norske offshore-forsyningsskipet Viking Energy å bli det første skipet som er drevet av ammoniakkbaserte brenselceller.
• Flyselskaper som Lufthansa og KLM undersøker allerede mulighetene for å bruke kerosin som flydrivstoff. I oktober 2021 åpnet den tyske ideelle organisasjonen Atmosfair verdens første kommersielle anlegget for syntetisk kerosin med tanke på å forsyne luftfartsindustrien med e-drivstoff.

Grønt hydrogen er, foruten å være en løsning for dekarbonisering, et avgjørende element i forbindelse med sektorkobling. Ved sektorkobling av de ulike bestanddelene i energisystemet, blir de grunnleggende forbundet. Dette muliggjør en fleksibel utnyttelse, deling og lagring av ren energi på tvers av sektorer. Oppsamlet CO2 og grønt hydrogen kan produsere grønne drivstoffer til transport, hydrogen kan brukes til industriell oppvarming og gasslagringsfasiliteter kan lagre fornybar elektrisitet som hydrogen. Dessuten genererer hydrogenproduksjon store mengder avfallsvarme, som kan gjenbrukes til fjernvarme. Man håper at produkter av høy verdi, som for eksempel rene drivstoffer til skipsfart og luftfart, fortsatt vil danne grunnlag for store investeringer i fornybar energi.

BÆREKRAFTIGE DRIVSTOFFER OG GJØDSEL

COWI har et stort fokus på utvikling av ekspertise innenfor grønt hydrogen i samsvar med de ambisiøse nasjonale strategiene i en rekke av våre kjernemarkeder. Et eksempel på dette er Green Fuels for Denmark-prosjektet. COWI er kunnskapspartner for Københavns Lufthavn, A.P. Møller-Mærsk, DSV Panalpina, DFDS, SAS og Ørsted, som utvikler banebrytende fasiliteter for produksjon av hydrogen og grønt drivstoff. Prosjektet vil produsere grønt hydrogen til busser og lastebiler, e-metanol til skipsfarten og e-kerosin til luftfarten. I 2030 forventes det at prosjektet vil ha en elektrolysekapasitet på 1,3 GW og produsere mer enn 250 000 tonn grønne drivstoffer årlig, tilsvarende en årlig CO2-reduksjon på 850 000 tonn.

COWI er eneste konsulent og rådgiver for H2RES, et prosjekt som ledes av det danske energiselskapet Ørsted for å videreutvikle vinddrevet elektrolyse og hydrogenproduksjon. Demonstrasjonsanlegget vil bli drevet av to havvindmøller og forventes, med en kapasitet på 2 MW, å produsere ca. 1 000 kg grønt hydrogen daglig fra slutten av 2021. Hydrogen fra H2RES vil bli brukt til transportdrivstoff med nullutslipp i Stor-København og på Sjælland.

Copenhagen Infrastructure Partners (CIP), et dansk investeringsselskap og nær partner av COWI, er også i gang med å utvikle viktige prosjekter med grønt hydrogen. CIP planlegger å bygge Europas største anlegg med grønt hydrogen i Esbjerg. Elektrolyseanlegget har en kapasitet på 1 GW og vil bruke havvind til å produsere grønt ammoniakk til gjødsel og skipsdrivstoff, hvor overskytende varme distribueres til private hjem. CIP anslår at anlegget i siste instans kan spare 1,5 mill. tonn CO2 årlig.

OPPNÅELSE AV KOMMERSIELL LEVEDYKTIGHET

Etterspørselen etter grønt hydrogen forventes å stige kraftig de kommende tiårene. Ifølge prognoser fra PwC vil etterspørselen være 530 mill. tonn, tilsvarende over 10 mrd. fat olje, i 2050. Selv om utsiktene ser gode ut, er det imidlertid utfordringer som må overvinnes. Pris anses som den primære hindring, idet det kan være betydelige kostnader forbundet med å produsere, lagre og bruke grønt hydrogen.

Grønt hydrogen koster i dag 3–6 USD/kg. Det er mer enn de 1,8 USD/kg for grått og brunt hydrogen. Forbedret elektrolyseteknologi og utviklingen av stordriftsfordeler vil få prisene til å falle betydelig. International Renewable Energy Agency (IRENA) forventer priser på grønt hydrogen på 0,08–1,6 USD i 2050. Blått hydrogen, som koster 2,4 USD/kg, er blitt brakt på banen som et overgangsverktøy med lave CO2-utslipp til visse markeder, inntil grønt hydrogen blir mer kommersielt levedyktig. Det antydes at 2 USD/kg er den prisen hvor grønt hydrogen blir prismessig konkurransedyktig innenfor en rekke sektorer, deriblant stål, betong, landbruk og transport.

Teknologisk modenhet anses ofte som en barriere. Det finnes god kunnskap om teknologien og vitenskapen bak produksjonen av grønt hydrogen. Den utbredte tilgjengeligheten av billige fossile drivstoffer har historisk sett vært en hemsko for utvikling av teknologien. Dette er heldigvis ikke lenger tilfellet, idet det pågår forsknings- og demonstrasjonsaktiviteter verden over, som danner grunnlag for billig og rikelig grønt hydrogen.

FREMTIDENS DRIVSTOFF

Det er tydelig at de to viktigste faktorene som vil ha størst innvirkning på de fremtidige prisene på grønt hydrogen, er de fallende kostnadene til fornybar energi og økende stordriftsfordeler. Etter hvert som sol- og vindenergi blir en større del av energinettet de neste tiårene, vil elektrisitetspriser for elektrolyse i siste instans falle til ønsket beløp eller under 0,02 USD pr. kWh. Kostnaden av elektrolyse har falt med 60 % det seneste tiåret, og Hydrogen Council forventer at prisene vil bli halveret i 2030. Å gjøre grønt hydrogen til en levedyktig industri uten statsstøtte krever fortsatt kraftige investeringer, juridiske rammer, raskt voksende markeder, forskning og innovasjon, og en robust infrastruktur.

Håndteringen av en global klimakrise er en av de viktigste utfordringene i vår tid. Mange av de gamle måtene som vi laget energi på, er ikke lenger egnet til formålet, og hvis vi fortsetter med å bruke teknologier med høye utslipp, svikter vi vårt ansvar overfor fremtidige generasjoner. Etter hvert som motivasjonen for å dekarbonisere, investere i og forbedre energisektoren vokser, står grønt hydrogen klart til å bli fremtidens bærekraftige drivstoff.