«I ein stille fjord på Vestlandet vil ein mangemilliardær bygge ein svær ammoniakkfabrikk», forteller nrk.no. Det skal bli «grønt drivstoff» for skip, og skal legge beslag på 3 % av Norges el-produksjon. Men er dette en fornuftig bruk av fornybar-ressursene våre, når vi vet at to tredeler av energien blir borte på vegen fra kraftverk til propell?
Vi har tatt spørsmålet opp med Alf Engdal, pensjonert sivilingeniør og styremedlem i Besteforeldrenes klimaaksjon. Han var nylig med å utgi et hefte om samferdsel, der han selv har bidratt med en artikkel om «Hydrogen i transportsektoren». – Hydrogen i ren form er lite egnet som drivstoff, forklarer han. Det må konverteres til andre produkter som ammoniakk, og det er bl.a. dette som skal skje ‘i ein stille fjord på Vestlandet’ og flere andre steder i landet.
– Det er lett å bli fascinert når vi hører om motorer der det eneste som kommer ut av eksosrøret er rent vann. Problemet er at hydrogenet først må produseres, og dette krever store mengder energi. Vi får også et stort energitap i selve skipsmotoren, før det ender opp som propellkraft. Jeg vil si det må en svært god begrunnelse for å bruke ren energi på denne måten, hvis man ikke har et energioverskudd som ikke kommer bedre til nytte et annet sted.
– Selv tror jeg vi kommer til å oppleve økt bruk av hydrogen/amoniakk både til skip og annen transport, men ikke i det omfanget som teknologioptimistene drømmer om. Det finnes ikke ressurser til det. Vi må ta på alvor at elektrisk energi vil være et knapphetsgode som primært må brukes direkte, f.eks. til drift av tog.
Om hydrogen i transportsektoren
Av Alf Engdal
Innledning
Hydrogen er aktuelt som drivstoff i transportsektoren der elektrisk drift basert på batteri ikke er egnet fordi vekta blir for høy. Det vil si for tyngre godstransport over lengre avstander på land, til havs og, på noe lengre sikt, kanskje også for fly.
Nøkkelfaktoren her er det som heter energitetthet. Dvs. mengden energi som er lagret per volumenhet.
Fordi hydrogen i ren form, flytende eller som gass, er lite egnet som drivstoff, må hydrogen konverteres til andre produkter som ammoniakk eller metanol. Disse energibærerne har også vesentlig større energitetthet enn batteri.
Samtidig er det to andre faktorer som spiller inn når det gjelder bruk av hydrogen i transportsektoren. Det er energieffektivitet og klimagassutslipp ved produksjon.
Energieffektivitet
Hydrogen må produseres. Det krever store mengder energi. Videre vil hydrogen i mange anvendelser omformes til elektrisk kraft i en brenselscelle der energien overføres til en elektrisk motor. Begge prosessene innebærer tap av energi. Totalt sett kan en legge til grunn at bruk av hydrogen gir et energitap på mellom 60 og 70 % sammenlignet med direkte bruk av elektrisitet fra nettet slik tilfellet er for eksempel med elektriske tog, noe mindre med elektriske batterier.
Med økende knapphet på energi på global basis vil energieffektivitet bli en særdeles viktig parameter framover når det gjelder energibærere i transportsektoren.
Produksjon og lagring av hydrogen
For at hydrogen skal være utslippsfritt, må produksjonen skje enten basert på hydrolyse – spalting av vann med ren elektrisk kraft – eller med utgangspunkt i naturgass der utslipp av CO2 fra produksjonsfasen fanges og lagres (CCS – Carbon Capture and Storage). Det første benevnes grønt hydrogen, det andre blått hydrogen. (Hydrogen produsert av naturgass uten CCS kalles grått hydrogen, men er ikke aktuelt i vår sammenheng her.)
Produksjon av grønt hydrogen ved hydrolyse er velprøvd teknologi, men er meget energikrevende. I en artikkel i Adresseavisen 30. september sier tidligere SIVA-direktør Harald Kjeldstad og professor ved NTNU, Jan Emblemsvåg, følgende om hydrolyse:
Det fundamentale problemet med «grønn» hydrogen er de store tapene av energi. I transportsektoren tapes hele 65 prosent av energien før resten via en brenselcelle og en elektromotor driver bilen framover. I 2020 brukte transportsektoren i Norge 52 TWh fossil energi. Dersom dette skulle ha vært erstattet med «grønn» hydrogen via brenselsceller, måtte det først produseres 148 TWh elektrisk kraft. Dette tilsvarer all norsk elektrisitetsproduksjon. Det viser hvor håpløst det er å tenke seg å produsere tilstrekkelig «grønn» hydrogen for å erstatte fossile drivstoff i transportsektoren.
Produksjon av «grønn» hydrogen er også svært kostbar. Så kommer kostnadene med lagring, transport og bruk. Hydrogenatomet er svært lite. Det er et problem, fordi det skaper spenninger i stål og gjør det sprøtt. Å lagre store mengder hydrogen er derfor svært krevende, nærmest urealistisk.
I samme artikkel hevdes det at blått hydrogen fra gass vil øke og ikke minske utslippene. På spørsmål om hvordan dette kan henge sammen når karbonet fjernes fra gassen før det blir brukt som drivstoff, svarer Kjeldstad:
Det korte svaret er at der er mange lekkasjer, og det å samle sammen CO2 er faktisk mye vanskeligere enn man skulle tro. Naturgassen består primært av metan, som har over 100 ganger sterkere klimaeffekt enn CO2. Det er forskning som tyder på at metanlekkasjene under fangst- og lagringsprosessen er så store at naturgassen heller bør brennes som den er. Karbonavtrykket fra blått hydrogen kan i sum være 20 % større.
Dette bekreftes i en rapport fra 2021 fra Cornell University og Stanford University i USA, kap. 3.3: Totale utslipp fra produksjon av blått hydrogen er bare 9 til 12 % lavere enn for grått hydrogen. De lavere utslippene fra blått hydrogen sammenlignet med grått hydrogen blir tilnærmet eliminert av utslipp av metan i produksjonen. I tillegg må det legges til grunn at CO2 kan lagres uten fremtidige utslipp tilbake til atmosfæren. Blått hydrogen kan derfor knapt kalles lavutslipps energibærer.
Anvendelser av hydrogen, sektorvis
På tross av ovenstående er det ventet at hydrogen eller andre energibærere basert på hydrogen, som ammoniakk, metanol etc. vil spille en rolle i fremtidig samferdsel.
Sintef m.fl. sier følgende i en rapport fra 2021:
Hydrogen vil være en attraktiv energibærer for land- og maritim transport som krever lagring av større energimengder enn det som er optimalt for batteri, eller i markeder hvor CO2-intensiteten til tilgjengelig elektrisk kraft er høy.
Det Norske Veritas (DNV) i sin rapport ‘Hydrogen forecast to 2050’:
Hydrogen derivatives like ammonia, methanol and e-kerosene will play a key role in decarbonizing the heavy transport sector (aviation, maritime, and parts of trucking), but uptake only scales in the late 2030s. We do not foresee hydrogen uptake in passenger vehicles.
I det følgende ser vi på anvendelse av hydrogen innenfor de aktuelle transportområder. Informasjonen er i store trekk hentet fra DNVs rapport.
Maritim transport
Rent hydrogen, i komprimert eller flytende form, vil sannsynligvis ikke bli i omfattende bruk i maritim transport, i hovedsak av sikkerhetshensyn og på grunn av manglende infrastruktur. Alternativet vil være andre energibærere basert på hydrogen, sik som ammoniakk og metanol. Disse er meget aktuelle, men vil bety høy etterspørsel etter fossilfri hydrogen. DNV vurderer ammoniakks andel av energi i maritim transport til 0,3 % i 2030, økende til 8 % i 2040 og 35 % i 2050.
Lufttransport
Som tidligere fastslått er batteridrift i fly kun aktuelt for mindre fly på korte strekninger. Hydrogenbaserte drivstoff vil kunne gi nær utslippsfri flytrafikk på mellomlange distanser, men omfattende bruk forutsees først fra 2040 og utover. I 2050 spås rent hydrogen til å utgjøre i området 4 % av energibehovet i sektoren, mens andre typer drivstoff basert på hydrogen vil utgjøre 17 %.
Veitransport
For veitransport er det kun aktuelt med batteridrift eller med drift basert på grønt hydrogen i brenselsceller der brenselscellene gir kraft til en elektromotor. Problemet med hydrogen er som nevnt i innledningen, energieffektiviteten. I tillegg kommer at biler med brenselsceller er mer kompliserte og dermed dyrere å produsere. For lettere godstransport forventes at el-biler blir dominerende. Her skal dog nevnes ASKOs prosjekt der det produseres grønt hydrogen med strøm fra solceller på selskapet store lageranlegg utenfor Trondheim. Hydrogenet anvendes deretter i noen av deres lastebiler for frakt av varer. Slike lokale anlegg i liten skala kan være interessant i et distribuert konsept.
Oppsummert av DNV så ansees hydrogen til å ville utgjøre 2,5 % av energibehovet for veitransport i 2050.
Konklusjon
Hydrogen vil aldri kunne bli hovedløsningen når det gjelde å etablere en utslippsfri transportsektor. Utslipp og høye energikrav knyttet til produksjonen samt lav energieffektivitet i hydrogendrevne motorer vil begrense anvendelsen. Fremtidens samferdsel må bygges rundt et effektivt jernbanenett i samspill med elektriske biler for persontransport og varetransport over kortere og middels lange distanser. Hydrogen kan supplere for langdistanse godstransport på vei, for tyngre maritim transport og fram mot 2050 kanskje for mellomdistanse flytransport.
Nokre tankar melder seg: Det kan vel sjå ut som om vare- og persontransport over større avstandar vil by på store problem i framtida, på grunn av at det ikkje vil vere veleigna energi til fly- og båttransport framover i tid. Må Europa og USA ta tilbake meir av vareproduksjonen sin frå Asia? Og er Kinas store satsing på nye «silkevegar» ein måte å prøve å takke transportbehovet for å kunne halde på sin marknadsposisjon overfor Vesten? Og kva med turismen med fly og stadig større cruiseskip på godt over 300 meter og tusenvis av passasjerar, som no blir bygd som om ingenting skal endrast i verda? Og norsk samferdselspolitikk, der politikarane drar beina etter seg, særleg når det gjeld togsatsing…