GRØN BRINT ER FREMTIDENS BRÆNDSTOF

21.12.2021 / Jeppe Grue

Energineutral grøn brint ses i stigende grad som fremtidens brændstof, der kan erstatte fossile brændstoffer i en række klimatunge brancher og sektorer. Der er stadig et stykke vej, før grøn brint dominerer markedet, men efterhånden som globale bestræbelser på at håndtere klimakrisen intensiveres, vokser forståelsen for grøn brint og dets verdensforandrende potentiale; velkommen til begyndelsen på brintalderen.

GÅDEN OM KLIMAFORANDRINGER

Oversvømmelser, ørkenspredning, nye varmerekorder, skrumpende gletsjere - for hver dag, der går, bliver det mere åbenlyst, at klimaforandringer er et eksistentielt problem, der kræver, at vi foretager et skift i retning af nye, rene teknologier.

Energiforsyningssektoren er den største bidragyder til klimaforandringer globalt, idet den tegner sig for 35% af alle drivhusgasudledninger. Det Internationale Energiagentur (IEA) forventer en stigning i efterspørgslen på energi på 30% i 2040. En sådan stigning ville, hvis den var drevet af fossile brændstoffer, gøre det stort set umuligt at begrænse den globale opvarmning til 1,5 °C. Det er åbenlyst, at vi bliver nødt til at gøre tingene på en anden måde. Det er her, hvor det ydmyge brintatom, det hyppigst forekommende element i universet, kommer ind i billedet.

LØFTESTANG FOR KLIMAFORPLIGTELSER

Brint er en utroligt god energibærer, og ifølge IEA er efterspørgslen efter brint tredoblet siden 1980. Brint kan inddeles i fire hovedvarianter: grå, brun, blå og grøn. Grå og brun brint, der begge fremstilles af fossile brændstoffer, er de hyppigst anvendte varianter og udleder store mængder CO2. Blå brint er et alternativ med en lav CO2-udledning, hvor produktionsprocessen er baseret på fossile brændstoffer kombineret med CO2-opsamling og -lagring (CCS) for at minimere klimaaftrykket.

I modsætning til andre varianter fremstilles grøn brint ved elektrolyse drevet af vedvarende energi, som deler vandmolekyler i brint og ilt. Denne proces udleder ikke CO2, og grøn brint er derfor klimaneutral. Derudover kan grøn brint let transporteres og opbevares, hvilket er med til at imødegå udfordringerne med uregelmæssighed og varierende efterspørgsel ved at fungere som et batteri for vedvarende energi.

Interessen for grøn brint er kraftigt stigende, idet grøn brint anses for at være afgørende for at kunne imødekommende både den fremtidige energiefterspørgsel og forpligtelserne i den juridisk bindende Parisaftale om klimaforandringer. Mens kulbrintens tidsalder lakker mod enden, har grøn brint potentiale til at blive det dominerende transportable og omsættelige energimedium i verden.

VÆRKTØJ TIL DEKARBONISERING OG SEKTORKOBLING

Grøn brints alsidighed betyder, at det kan udnyttes af en lang række teknologier og brancher og giver muligheder for sektorer for at omstille sektorer, der ikke kan elektrificeres direkte. Stål, cement, landbrug og transport er fire sektorer, hvor grøn brint især vil være afgørende for dekarbonisering. Stål og cement tegner sig begge for 8% af den globale CO2-udledning, mens landbrugsproduktion og transport tegner sig for intet mindre end henholdsvis 11% og 24%. Det haster derfor med at dekarbonisere disse sektorer.

Mange brancher, som kan anses som umulige at dekarbonisere, er afhængige af stabil, ekstrem varmeproduktion, som ikke kan opnås med elektricitet. I et stålværk kører ovnene på koks fremstillet af kul. Når man erstatter koks med brint, skabes der en proces, der kun udleder vanddamp. Brint kan også bruges til at opvarme cementovne, der typisk bruger naturgas. Brints evne til at omdanne periodisk vedvarende elektricitet til en stabil strømkilde, der kan lagres, gør det i høj grad foreneligt med behovene inden for den tunge industri.

I landbrugssektoren produceres mange kvælstofbaserede gødningsprodukter som f.eks. ammoniak ved en energiintensiv proces med høje udledninger, hvor brint typisk kommer fra metangas (grå brint). Grøn brint kan i stedet kombineres med kvælstof fra luften til at producere grøn ammoniak med nuludledning. I visse tilfælde kan grøn ammoniak erstatte brint som energibærer - for brint, der produceres på fjerntliggende steder, er det ofte mere effektivt at omdanne det til ammoniak inden det sendes videre til aftageren.

EN NY ÆRA FOR DEN TUNGE TRANSPORT

Der er stor opmærksomhed på, hvordan grøn brint bedst kan integreres i transportsystemer. Elektriske køretøjer kan oplades enten med et batteri eller via en brinttank, der anvender brændselsceller til at omdanne gas til elektricitet. Brintbaserede syntetiske brændstoffer som f.eks. metanol og kerosin kan produceres ved at kombinere grøn brint og opsamlet CO2.

  • Batteridrevne el-biler er velegnede til let vejtransport på grund af deres uovertrufne kilde-til-hjul-effektivitet (et mål for et køretøjs holistiske effektivitet fra brændstofudvinding til transport, forsyning og opbevaring i brændstoftank).
  • Brintdrevne elkøretøjer er fordelagtige for tung transport. Brintdrevne lastbiler forventes at blive markedsmodne inden for et årti, idet transportgiganter som f.eks. Hyundai, Toyota, Volvo og General Motors opskalerer deres produktion af brintbaserede brændselsceller.
  • For færger foretrækkes elektriske skibe til korte sejladser, mens brintdrevne skibe er bedre egnede til længere rejser. Det danske færgeselskab DFDS er ved at udvikle et 100% brintdrevet skib til sin København-Frederikshavn-Oslo-rute.
  • Til global skibsfart på åbent hav anses syntetisk metanol og ammoniak for at være rene og effektive kandidater til skibsbrændstof. I 2024 forventes det norske offshore-forsyningsskib Viking Energy at blive det første skib, der er drevet af ammoniakbaserede brændselsceller.
  • Flyselskaber som Lufthansa og KLM undersøger allerede mulighederne for at bruge kerosin som flybrændstof. I oktober 2021 åbnede den tyske nonprofitorganisation Atmosfair verdens første kommercielle anlæg for syntetisk kerosin med henblik på at forsyne luftfartsindustrien med e-brændstof.

Grøn brint er, ud over at være en løsning til dekarbonisering, et afgørende element i forbindelse med sektorkobling. Ved sektorkobling anses alle bestanddelene i energisystemet for grundlæggende at være forbundne, hvilket muliggør en fleksibel udnyttelse, deling og lagring af ren energi på tværs af sektorer. Opsamlet CO2 og grøn brint kan producere grønne brændstoffer til transport, brint kan bruges til industriel opvarmning og gaslagringsfaciliteter kan lagre vedvarende elektricitet som brint. Derudover genererer brintproduktion store mængder affaldsvarme, som kan genanvendes til fjernvarme. Man håber, at frembringelsen af produkter af høj værdi som f.eks. rene brændstoffer til skibsfart og luftfart forsat vil danne grundlag for store investeringer i vedvarende energi.

BÆREDYGTIGE BRÆNDSTOFFER OG GØDNING

COWI har stort fokus på udvikling af vores ekspertise inden for grøn brint i overensstemmelse med de ambitiøse nationale strategier på en række af vores kernemarkeder. Et eksempel på dette er Green Fuels for Denmark-projektet. COWI er videnspartner for Københavns Lufthavn, A.P. Møller-Mærsk, DSV Panalpina, DFDS, SAS og Ørsted, der udvikler banebrydende faciliteter til produktion af brint og grønt brændstof. Projektet vil producere grøn brint til busser og lastbiler, e-metanol til skibsfarten og e-kerosin til luftfarten. I 2030 forventes det, at projektet vil have en elektrolysekapacitet på 1,3 GW og producere mere end 250.000 tons grønne brændstoffer årligt svarende til en årlig CO2-reduktion på 850.000 tons.

COWI er eneste konsulent og rådgiver for H2RES; et projekt, der ledes af det danske energiselskab Ørsted med henblik på at videreudvikle vinddrevet elektrolyse og brintproduktion. Demonstrationsanlægget vil blive drevet af 2 havvindmøller og forventes, med en kapacitet på 2 MW, at producere ca. 1.000 kg grøn brint dagligt fra slutningen af 2021. Brint fra H2RES vil blive brugt til transportbrændstof med nulmission i Storkøbenhavn og på Sjælland.

Copenhagen Infrastructure Partners (CIP), et dansk investeringsselskab og nær partner til COWI, er også i gang med at udvikle vigtige projekter med grøn brint. CIP planlægger at bygge Europas største anlæg med grøn brint i Esbjerg. Elektrolyseanlægget med en kapacitet på 1 GW vil bruge havvind til at producere grøn ammoniak til gødning og skibsbrændstof, hvor overskydende varme distribueres til private hjem i byen. CIP anslår, at anlægget i sidste ende kan spare 1,5 mio. tons CO2 årligt.

GLOBAL INTERESSE VOKSER

Vi står nu ved et vendepunkt mellem de fossile brændstoffers tidsalder og en fremtid drevet af vedvarende energi og grøn brint. Der annonceres hyppigt nye udviklinger, og ud fra de aktuelle udviklingsforløb har United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) forudsagt, at grøn brint kan opfylde en fjerdedel af klodens energiforbrug i 2050.

Brint er et nøglefokus for European Green Deal, der blev indført i 2019 for at gøre EU CO2-neutral i 2050. Brintstrategien i Green Deal går ud på at etablere mindst 6 GW elektrolysekapacitet for grøn brint i 2024 med en stigning til 40 GW i 2030.

Individuelle europæiske lande investerer også kraftigt i deres egne planer. I 2021 annoncerede Frankrig en strategi for at øge elektrolysekapaciteten til 6,5 GW i 2030 og samtidig producere brintdrevne tunge køretøjer og understøtte forskning og innovation. Også i 2021 annoncerede Tyskland, at de vil investere 8 mio. euro i 62 projekter med det formål at installere 5 GW elektrolyse i 2030 og bygge 1.700 km brintrør. Holland, som er en betydelig producent af blå brint, vender sig nu mod grøn brint for at nå sine klimamål og annoncerer investeringer på 440 mio. euro i nye projekter i 2021.

En anden gruppe med ambitiøse planer er Gulf Cooperation Council (GCC). Efterhånden som efterspørgslen efter fossile brændstoffer begynder at aftage, søger GCC-staterne at sikre deres indflydelse på det globale energimarked med grøn brint. Andre lande, der ønsker at blive frontløbere inden for dette område, har offentliggjort nationale brintstrategier, herunder Australien, Chile, Japan, New Zealand og Sydkorea.

OPNÅELSE AF KOMMERCIEL LEVEDYGTIGHED

Efterspørgslen efter grøn brint forventes at stige kraftig i de kommende årtier. I følge prognoser fra PwC vil efterspørgslen være 530 mio. tons, svarende til over 10 mia. tønder olie, i 2050. Selvom udsigterne ser gode ud, er der dog udfordringer, der skal overvindes. Pris anses for den primære forhindring, idet der kan være betydelige omkostninger forbundet med at producere, lagre og bruge grøn brint.

Grøn brint koster p.t. 3-6 USD/kg, hvilket er mere end de 1,8 USD/kg for grå og brun brint. Forbedret elektrolyseteknologi og udviklingen af stordriftsfordele vil imidlertid få priserne til at falde betydeligt; International Renewable Energy Agency (IRENA) forventer priser på grøn brint på 0,08-1,6 USD i 2050. Blå brint, som koster 2,4 USD/kg, er blevet bragt på banen som et overgangsværktøj med lav CO2-udledning til visse markeder, indtil grøn brint bliver mere kommercielt levedygtigt. Det antydes, at 2 USD/kg er den pris, hvor grøn brint bliver prismæssigt konkurrencedygtig inden for en række sektorer, herunder stål, beton, landbrug og transport.

Teknologisk parathed anføres ofte som en barriere. Der er imidlertid en god forståelse af teknologien og videnskaben bag produktionen af grøn brint. Den udbredte tilgængelighed af billige fossile brændstoffer har historisk set været en hæmsko for teknologien med grøn brint. Dette er heldigvis ikke længere tilfældet, idet der pågår forsknings- og demonstrationsaktiviteter verden over, som danner grundlag for billig og rigelig grøn brint.

FREMTIDENS BRÆNDSTOF

Det er tydeligt, at de to vigtigste faktorer, der vil have den største indvirkning på de fremtidige priser på grøn brint, er de faldende omkostninger til vedvarende energi og stigende stordriftsfordele. Efterhånden som sol- og vindenergi bliver en større del af energinettet i de næste årtier, vil elektricitetspriser for elektrolyse i sidste ende falde til det ønskede beløb eller under 0,02 USD pr. kWh. Omkostninger til elektrolyse er er faldet med 60% i det seneste årti, og Hydrogen Council forventer, at priserne vil blive halveret i 2030. At gøre grøn brint til en levedygtig industri uden statsstøtte kræver fortsat kraftige investeringer, lovgivningsmæssige rammer, hastigt voksende markeder, forskning og innovation og en robust infrastrukturbase.

Håndteringen af en global klimakrise er en af de vigtigste udfordringer i vores tid. Mange af de gamle måder, hvorpå vi frembragte energi, er ikke længere egnede til formålet, og hvis vi fortsætter med at bruge teknologier med høj udledning, svigter vi vores ansvar over for fremtidige generationer. Efterhånden som motivationen for at dekarbonisere, investere i og forbedre energisektoren vokser, står grøn brint klar til at blive fremtidens bæredygtige brændstof.

MØD EKSPERTEN

Jeg har over 20 års erfaring inden for energisektoren, hvor jeg har arbejdet med nye energiteknologier, der driver den grønne omstilling. Mine ekspertområder er elektrolyse, Power-to-X og CO2-opsamling, og jeg har indgående kendskab til og stor forståelse for grønne brændstoffer, energisystemer og sektorkobling. Jeg har arbejdet som procesingeniør og ledende specialist med at forbedre den driftsmæssige effektivitet og fleksibilitet af kraftværker, udnytte biomasse til varme- og elproduktion, CO2-opsamling, samfyring af biomasse og kul, varmepumper og optimering af industrielle processer.

Kontakt

Jeppe Grue
Technical director
Green Fuels & Thermal Power, Denmark

Tel: +45 56408734