Billige vedvarende energikilder kan gøre grøn brint til en praktisk erstatning for fossile brændstoffer

Brint fremstillet ved hjælp af elektricitet genereret fra vind- eller solenergi kan give en ren og kulstofneutral energikilde. Europa fører an.

Franziska Barczyk

ved

• Peter Fairley arkiv side

24. februar 2021

10 banebrydende teknologier 2021: Grøn brint

• 
  Hvorfor det er vigtigt:

  Grøn brint kan erstatte den naturgas, diesel og benzin, der bruges i skibe, lastbiler, busser og biler.

• 
  Nøglespillere:

  •ThyssenKrupp

  
  
  

  • Få H2 Nucleus Nowega

  • I Brinten

  • Siemens

  
  
  

• 
  Tilgængelighed:

  Nu

Brint er et tiltalende brændstof. Et kilo brint har omkring tre gange så meget energi som en sammenlignelig mængde diesel eller benzin. Hvis det kan laves rent og billigt, kan det være nøglen til at rydde op i en række vanskelige vitale sektorer.

I dag fremstilles det meste af brint ved at kombinere naturgas med damp ved høje temperaturer. Det er en energikrævende proces, der udleder betydelige mængder kuldioxid, den vigtigste drivhusgas, der driver klimaændringerne. Men en lille og voksende procentdel fremstilles ved at spalte vand i dets bestanddele ved at zappe det med elektricitet, en proces kendt som elektrolyse. Dette kræver også meget energi, men hvis elektriciteten kommer fra en vedvarende kilde som vind- eller solenergi, producerer den minimale skadelige emissioner.

Denne historie var en del af vores marts 2021-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Denne såkaldte grønne brint er i dag omkring tre gange dyrere at fremstille end brint afledt af naturgas (som for det meste er metan, hvis molekyler er sammensat af et kulstofatom bundet til fire brintatomer). Men det er halvdelen af, hvad det kostede for 10 år siden. Og efterhånden som prisen på vind- og solenergi fortsætter med at falde, og stordriftsfordele omkring produktion af grøn brint starter, kan det blive meget billigere. Hvis det sker, har grøn brint potentiale til at blive et kernebrændstof for en dekarboniseret fremtid. Parallelt med, at kulstoffangstteknikkerne forbedres, kan brint udvindes fra naturgas uden at frigive så meget kuldioxid til atmosfæren.

Brint er værdifuldt til dels på grund af dets alsidighed. Det kan afbrændes som en erstatning for fossile brændstoffer som kul, olie og naturgas. Disse brændstoffer producerer alle kuldioxid, når de forbrændes, mens afbrænding af rent brint i en turbine kun producerer vanddamp. Det katalyserer dog også produktionen af ​​skadelige nitrogenoxider på grund af de høje temperaturer, der er involveret. En anden måde at bruge brint på er i brændselsceller, som kombinerer brint med ilt for at skabe vand og elektricitet - det omvendte af elektrolyse - uden at producere nitrogenoxider.

Relateret historie

Hvordan faldende solomkostninger har fornyet håb om rent brint Efterhånden som nationer laver det hårde regnestykke om, hvordan de opfylder deres klimamål, fremstår grøn brint i stigende grad som essentiel.

Brint kan drive køretøjer, herunder biler, busser, tog og fly, enten gennem brændselsceller eller ved at brænde det direkte. Afbrænding af brint kan også levere kulstoffri varme til brug i stålværker, cementfabrikker og andre industrier. Og grøn brint kan erstatte den brint, der allerede bruges som råmateriale i alt fra raffinaderier til gødningsanlæg, hvilket reducerer deres kuldioxidemissioner. Nogle industrianlæg, såsom stålværker og kemiske fabrikker, kan også bruge den producerede ilt som et biprodukt.

Uanset hvordan det er fremstillet, er det stadig vanskeligt at opbevare og transportere brint sikkert og til en overkommelig pris, især for nogle lovende applikationer som luftfart. Derfor er en anden mulighed at kombinere brint med kulstof - som kan fanges fra atmosfæren i en proces kaldet luftindfangning eller fra skorstene - for at producere flydende syntetiske kulbrintebrændstoffer, der er lettere at håndtere end brint. Disse flydende brændstoffer kan være en renere, lignende erstatning for benzin eller diesel.

Brint kan også bruges til at lagre energi fra vedvarende kraftværker, som derefter kan omdannes tilbage til elektricitet og føres ind i nettet, hvis vinden aftager, skyer kommer ind eller efterspørgslen stiger.

Med så mange mulige anvendelser er Det Internationale Energiagentur (IEA) forudsiger, at brint i 2050 kan levere over 10 % af det globale energibehov og producere mere end 11 millioner gigawatt-timers energi om året. Det vil kræve mere end 4 billioner dollars i infrastruktur til produktion, opbevaring og transport af brint.

Alene Europa sigter mod 40 gigawatt elektrolysekapacitet i 2030. (Det ville gå omkring 2 % af vejen til IEAs 2050-forudsigelse.) Der er en tsunamibølge af muligheder siden begyndelsen af ​​[2020]. Det er utroligt antallet af store og realistiske projekter, der kommer, siger Christoph Noeres, der leder den grønne brintforretning for Uhde Chlorine Engineers, et datterselskab af det tyske konglomerat ThyssenKrupp.

Hvor var min dal grøn

Brintdale —Regionale projekter, der placerer elektrolyseanlæg, hvor de kan tjene flere industrielle formål — dannes i hele Europa. I nærheden af ​​Hamborg i det nordlige Tyskland er ThyssenKrupp en del af et grønt brintkonsortium på 89 millioner euro (107 millioner dollars) støttet af et tilskud på 30 millioner euro fra den tyske regering. Det planlagte projekt omfatter et raffinaderi, et cementanlæg, strømgeneratorer og en havvindmøllepark.

I starten vil dets grønne brint erstatte noget gråt brint - som naturgasafledt brint nogle gange kaldes - der bruges på raffinaderiet. Den tyske gruppe planlægger derefter at reagere brint med kuldioxid opsamlet fra cementfabrikken for at producere både methanol, et kemisk råmateriale og syntetisk jetbrændstof.

Omkring 240 kilometer (150 miles) mod sydvest vil et andet grønt brintkonsortium genbruge nedlagte gasrørledninger til at transportere brintgas. Konsortiet planlægger at bygge en 100 megawatt elektrolysator. Derfra håber man at lede brint gennem et 130 kilometer langt netværk i den industrielle Ruhr-region.

To typer elektrolysatorer laver mest grønt brint. Alkaliske elektrolysatorer nedsænker elektroder i vand doteret med lud eller kaliumchlorid; PEM-elektrolysatorer bruger en solid membran, gennem hvilken brintkerner kan strømme.

Hvis denne omlægning af rørledningen virker, kan elektrolysatorer forbundet til gamle rør i sidste ende tjene grønt brint til næsten alle Tysklands store industrier. Det vil lette presset på Tysklands overbelastede elnet og også give en klar forsyning af backup-energi til mørke, vindstille perioder.

2021

10 banebrydende teknologier

Andre store projekter starter i Holland, Italien, Spanien, Frankrig, Storbritannien, Canada, Australien, Japan og Kina. I første omgang vil den brint, som disse projekter producerer, være dyr. Konsulentfirmaet McKinsey vurderer dog, at grøn brint i 2030 vil være lige så billig som grå brint, takket være billigere elektrolyse og vedvarende elproduktion samt stigende kulstofomkostninger.

Solen skinner klart

Hvis brint skal leve op til sit potentiale, vil offentlig politik være afgørende. Til at begynde med bliver tilsynsmyndigheder eller lovgivere nødt til at indføre politikker for at gøre det muligt for eksisterende naturgasrørledninger også at transportere brint - kendt som blanding - og mandatere nedskæringer i kulstofemissioner for at skabe efterspørgsel efter brint.

Noget af dette sker allerede. Tyskland lavede en vigtig ændring i slutningen af ​​sidste år og frigjorde producenter af grøn brint fra at betale visse tillæg på elektricitet. Dette var i virkeligheden en erkendelse fra regeringens side af, at grøn brint er en forlængelse af vedvarende vind- og solenergi. Andre reguleringer, der diskuteres i Tyskland og i hele Europa, ville kræve kulstofreduktioner på raffinaderier og stålværker og i andre tunge industrier i henhold til Europa-Kommissionens direktiv om vedvarende energi.

Jack Brouwer, associeret direktør for Advanced Power and Energy-programmet ved University of California, Irvine, siger, at lignende politikker er nødvendige for at få grøn brint i gang i USA, men diskussionerne er knap begyndt.

Mens europæiske regeringer giver mandat til, at naturgasrørledninger accepterer grønt brint – i mængder så høje som 12 volumenprocent i Holland – er amerikanske gasoperatører ofte imod blanding.

Blokering af brintblanding er en alvorlig hindring, ifølge Brouwer. Californien har allerede en regel om, at en tredjedel af den brint, der pumpes på tankstationer til brændselscellekøretøjer, kommer fra vedvarende kilder. Men i øjeblikket er det svært at få grøn brint. Brouwer siger, at hvis producenterne kunne bruge eksisterende naturgasrørledninger som et distributionsnetværk, kunne de med fordel bygge flere elektrolysatorer i fjerntliggende områder, der er særligt blæsende eller solrige.

Der er også stadig masser af tekniske forhindringer, der skal overvindes. Omfanget af vind- og solenergi, der er nødvendigt for at drive et globalt netværk af elektrolyseanlæg, er enorm. Brouwer gør sagen at en bæredygtig fremtid simpelthen er umulig uden at være stærkt afhængig af brint. Han kan bare have ret.