Brint i fokus

Men det har også ulemper – produktion er ikke enkel, transport kan være vanskelig og ineffektiv, og på grund af dette er de faktiske bæredygtighedsfordele ikke altid klare.

Her ser vi på nogle af de mest lovende brintteknologier, tidlige brugere, voksende anvendelser, transport- og lagringsmetoder og det regulatoriske landskab, sammen med offentlige investeringer i brint.

Brintproduktionsteknologier

Brint er et af de mest rigelige grundstoffer på jorden. Men det er ofte indlejret i forbindelser – som vand – der kræver processer for at få adgang til det. Nogle af de vigtigste processer er:

Elektrolyse

Elektrolyse er processen med at opdele vand i brint og ilt ved hjælp af elektricitet. Denne metode, især når den drives af vedvarende energikilder som vind eller sol, producerer det, der er kendt som grøn brint. Virksomheder som Siemens og ITM Power udvikler elektrolyseteknologien, forbedrer effektiviteten og reducerer omkostningerne.

Det lyder måske godt, men der er betydelige problemer med at gøre det i stor skala.

Nøgleproblemer med grøn brintproduktion inkluderer:

1. Energieffektivitet: Nuværende elektrolysører har en effektivitet på 60-70% med et betydeligt energitab. Forbedring af katalysator- og membranteknologi er afgørende. Afhængigheden af ​​vedvarende energi, som er intermitterende, udgør også udfordringer.
2. Omkostninger: Høje initiale kapitalomkostninger og løbende driftsomkostninger hindrer udbredt anvendelse. Teknologiske fremskridt og stordriftsfordele er nødvendige for at reducere disse omkostninger.
3. Materialer og ressourcer: Elektrolysører bruger knappe materialer som platin og iridium. Forskning i alternative katalysatorer er i gang. Derudover kræver vandbehovet, omend beskedent, bæredygtig forvaltning.
4. Infrastruktur: Integration af elektrolysører med elnettet og udvikling af distributions- og lagringsinfrastruktur er betydelige hindringer. Transport og lagring af brint kræver betydelige investeringer i rørledninger, tanke og andre teknologier.
5. Miljøhensyn: Hele livscyklussen for brintproduktion skal være miljømæssigt bæredygtig. Øget efterspørgsel efter vedvarende energi til brintproduktion bør ikke føre til en genopblussen af ​​fossile brændstoffer.
6. Teknologiske fremskridt: Alkaliske, PEM- og SOEC-elektrolysører har hver især unikke udfordringer. Forbedring af effektivitet, omkostninger og holdbarhed er afgørende. Integrering af elektrolysører med variable vedvarende energikilder kræver hybridsystemer og avancerede teknologier.
7. Økonomisk og politisk ramme: Det er afgørende at udvikle et stabilt brintmarked og støttende regeringspolitikker. Subsidier, skattefradrag og internationalt samarbejde kan fremme forskning, udvikling og implementering.

Det er afgørende at imødegå disse udfordringer for at brintelektrolyse kan blive en levedygtig, storskala grøn brintløsning, der understøtter overgangen til en lavemissionsenergifremtid.

Dampmetanreformering (SMR) med kulstofopsamling og -lagring (CCS)

Dampmetanreformering involverer en reaktion mellem metan (CH₄) og damp (H₂O) ved høje temperaturer for at producere hydrogen (H₂), kulilte (CO) og en smule kuldioxid (CO₂).

SMR er yderst effektiv, med en samlet effektivitet på typisk 65 % til 75 %. Det er også en moden og velforstået teknologi, hvilket gør den til den mest almindelige metode til industriel brintproduktion. Infrastrukturen og ekspertisen til SMR er bredt tilgængelig. Sammenlignet med andre brintproduktionsmetoder er SMR også relativt omkostningseffektiv, især hvor naturgas er rigeligt tilgængelig og billigt.

Så selvom SMR har klare positive fordele, udgør de tilhørende kuldioxidemissioner og afhængigheden af ​​fossile brændstoffer betydelige udfordringer.

Integrationen af ​​CCS kan bidrage til at reducere miljøpåvirkningen og gøre SMR til en levedygtig overgangsløsning, i takt med at verden bevæger sig mod mere bæredygtige brintproduktionsmetoder.

Men denne produktionsmetode er kun bestemt til at tjene som en overgangsteknologi, der udnytter den eksisterende naturgasinfrastruktur.

Fastoxidbrændselsceller (SOFC'er)

Fastoxidbrændselsceller (SOFC'er) omdanner brint til elektricitet gennem en elektrokemisk proces, der er egnet til stationær strømproduktion.

SOFC'er er højeffektive enheder, der genererer elektricitet ved at reagere brint eller kulbrinter med ilt ved høje temperaturer (600 °C til 1,000 °C) ved hjælp af en fast keramisk elektrolyt. De tilbyder fordele som høj elektrisk effektivitet (50-60%), brændstoffleksibilitet (brint, naturgas, biogas) og langsigtet stabilitet. De står dog over for udfordringer som materialenedbrydning, lange opstartstider, problemer med termisk styring og høje omkostninger på grund af dyre materialer og fremstillingsprocesser.

SOFC'er er velegnede til stationær kraftproduktion, industrielle applikationer og fjern- eller marin energiproduktion, idet de udnytter deres høje effektivitet og evne til at udnytte spildvarme. Det er afgørende at overvinde de tekniske og økonomiske barrierer gennem fremskridt inden for materialer og fremstillingsteknikker for en bredere anvendelse. Trods de nuværende udfordringer rummer SOFC'er et betydeligt potentiale for at bidrage til en bæredygtig energifremtid med reducerede drivhusgasemissioner.

Virksomheder som Bloom Energy er førende inden for SOFC-udvikling og tilbyder effektive, skalerbare energiløsninger til industriel og kommerciel brug.

Tidlige brugere og voksende applikationer

Transport

Personbiler / Brintbrændselscellekøretøjer (FCV'er)

Brintdrevne FCV'er er i spidsen for den tidlige adoption, hvor virksomheder som Toyota (Mirai) og Hyundai (Nexo) producerer kommercielt tilgængelige personbilmodeller drevet af brint. Disse køretøjer tilbyder længere rækkevidde og hurtigere tankning sammenlignet med batterielektriske køretøjer (BEV'er). Men selvom antallet af tankstationer vokser langsomt, er de endnu ikke udbredt.  

Især Toyota har holdt fast i sin vision om udbredt brug af brintbiler: dette forklarer delvist, hvorfor de er haltet bagefter i udviklingen af ​​en elbilsportefølje.

Heavy-Duty Transport

Brints høje energitæthed og hurtige optankning gør den ideel til tunge applikationer som lastbiler, busser og tog. 

Blandt de vigtigste fremskridt er Nikola Motors' brintlastbiler med rækkevidder på op til 500 km og Hyundais XCIENT brændselscellelastbiler i Europa. Europæiske byer og Kina er ved at indføre brintbusser, mens Alstoms Coradia iLint brinttog kører i Tyskland. Den maritime sektor udvikler brintdrevne skibe, ligesom Norleds færger i Norge, med det formål at opnå nul-emissionstransport. 

Væksten af ​​brinttankstationer til lastbiler accelererer globalt. Nordamerika og Europa udvider deres netværk med betydelige projekter fra virksomheder som Nikola Motors og regeringsinitiativer i byer, der indfører brintbusser, hvilket sikrer bekvem og udbredt tankinfrastruktur.

 Industrielle applikationer

Brint kunne i teorien bruges i mange industrielle og kemiske produktionsprocesser. Den relative vanskelighed ved at producere, transportere og lagre det betyder dog, at det ofte ikke er et praktisk eller omkostningseffektivt alternativ til traditionelle fossile brændstoffer som kul.

Stålproduktion

Stålindustrien, en betydelig CO2-udleder, udforsker brintbaserede reduktionsprocesser for at producere grønt stål. Virksomheder som SSAB i Sverige er pionerer inden for denne tilgang og sigter mod at erstatte kul med brint.

SSAB leder i samarbejde med LKAB og Vattenfall HYBRIT-initiativet (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology). HYBRIT sigter mod at erstatte kul i stålfremstillingsprocessen med brint, som producerer vand i stedet for CO₂. SSABs pilotanlæg i Luleå, Sverige, har allerede produceret verdens første brintreducerede svampejern.

Andre virksomheder, primært i Europa, eksperimenterer også med brint i stedet for traditionelle fossile brændstoffer.  

Salzgitter AG udvikler SALCOS-projektet (Salzgitter Low CO₂ Steelmaking) for at dekarbonisere stålproduktionen. Dette initiativ omfatter brugen af ​​brint til direkte reduktion af jernmalm. Salzgitter har indgået et partnerskab med Sunfire GmbH for at bruge deres højtemperaturelektrolyseteknologi til grøn brintproduktion.

ArcelorMittal undersøger adskillige brintbaserede projekter for at reducere CO₂-udledning. I Hamborg, Tyskland, tester de et direkte reduktionsanlæg, der bruger brint til at producere direkte reduceret jern (DRI). Dette pilotprojekt har til formål at demonstrere muligheden for at bruge brint som reduktionsmiddel i stålproduktion.

Tata Steel arbejder på HIsarna-projektet på sin IJmuiden-fabrik, der har til formål at reducere CO₂-udledningen ved at integrere brint i stålproduktionsprocessen. Projektet fokuserer på at omdanne jernmalm til jern ved hjælp af brint i stedet for kulstofbaserede materialer.

Thyssenkrupp udvikler sit Carbon2Chem-projekt, som omfatter brug af brint til at producere stål. Projektet har til formål at opfange og omdanne stålproduktionsemissioner til kemikalier ved at bruge brint som en nøglekomponent. Thyssenkrupp planlægger også at bygge et brintbaseret direkte reduktionsanlæg i Duisburg.

Kemisk industri

Grøn brint, produceret via elektrolyse drevet af vedvarende energi, transformerer produktionen af ​​ammoniak og metanol, afgørende kemikalier med betydelige industrielle anvendelser.

Traditionelt produceres ammoniak gennem Haber-Bosch -processen ved hjælp af brint udvundet af naturgas, hvilket resulterer i betydelige CO₂-udledninger. Ved at bruge grøn brint kombinerer processen denne brint med nitrogen fra luften for at producere ammoniak uden at udlede CO₂. Denne grønne ammoniak er afgørende for gødning og som en potentiel kulstoffri energibærer.

Metanol produceres typisk fra syntesegas (en blanding af brint, kulilte og CO₂) udvundet af naturgas eller kul, som også udleder betydelig CO₂. Grøn brint kombineret med opfanget CO₂ kan producere metanol gennem hydrogenering, hvilket giver metanol og vand. Grøn metanol fungerer som et kemisk råmateriale og brændstof med et meget lavere CO₂-aftryk.

Især Yara International og Siemens-CF Industries fremmer projekter med grøn ammoniak. Og Carbon Recycling International (CRI) i Island producerer vedvarende metanol ved hjælp af grøn brint og CO₂.

Andre sektorer

Ud over stål og kemikalier undersøges brint i forskellige industrielle processer for at reducere emissioner og forbedre bæredygtigheden:

1. Cementproduktion: Brint kan erstatte kul og naturgas i cementovne for at reducere CO₂-udledningen.
2. Glasproduktion: Brint fungerer som et rent brændstof til højtemperaturovne.
3. Raffinaderier: Skift til grøn brint til hydrokrakning og afsvovling kan reducere emissionerne.
4. Mad og drikkevarer: Brint driver ovne og kedler, hvilket reducerer forbruget af fossile brændstoffer.
5. Tekstiler og papir*: Brint tilbyder et renere alternativ til opvarmning og dampgenerering.
6. Minedrift: Brintbrændselsceller driver tunge maskiner og reducerer dermed miljøpåvirkningen.
7. Elektronikproduktion: Grøn brint bruges i halvlederproduktion.
8. Transport og logistik: Brintbrændselsceller driver lastbiler, busser, gaffeltrucks og materialehåndteringsudstyr.

Disse udviklinger viser brints potentiale til at dekarbonisere forskellige industrier med høje emissioner, men det er fortsat en dyrere og mindre praktisk løsning end status quo.

Energilagring og strømproduktion

Energilagring i netskala

Brint kan stabilisere elnettet ved at lagre overskydende vedvarende energi og frigive den under spidsbelastning. 

I perioder med overskudsproduktion af vedvarende energi bruger elektrolysører denne overskydende elektricitet til at opdele vand i brint og ilt. Brinten lagres derefter som komprimeret gas, flydende brint eller i kemiske forbindelser. Når efterspørgslen overstiger udbuddet, omdannes den lagrede brint tilbage til elektricitet via brændselsceller eller forbrændingsturbiner. 

Brændselsceller genererer elektricitet ved at kombinere brint og ilt, mens forbrændingsturbiner forbrænder brint for at producere strøm. Denne proces hjælper med at balancere udbud og efterspørgsel, giver pålidelig backup-strøm og understøtter frekvensregulering. 

Brintlagringssystemer er skalerbare og kan lagre energi i lange perioder, hvilket gør dem ideelle til integration med vedvarende energikilder og forbedring af netstabiliteten. Denne tilgang understøtter et mere pålideligt og bæredygtigt energisystem ved at sikre ensartet strømforsyning på trods af variationen i vedvarende energikilder.

Projekter som det europæiske HyDeploy sigter mod at integrere brint i naturgasnetværk ved at udnytte eksisterende infrastruktur.

Backup Power Systems

Brintbrændselsceller tilbyder pålidelig og ren backupstrøm til kritisk infrastruktur som datacentre. De leverer kontinuerlig strøm, så længe der leveres brint, og kan hurtigt starte for at sikre øjeblikkelig backup under afbrydelser. 

Brændselsceller genererer elektricitet gennem en elektrokemisk reaktion og udleder kun vand og varme, hvilket gør dem miljøvenlige og reducerer CO2-aftrykket, især når de bruger grøn brint.

Brændselsceller er yderst effektive, modulære og skalerbare, hvilket gør dem i stand til at opfylde specifikke energibehov, samtidig med at de tilbyder lav vedligeholdelse og støjsvag drift. Produktion og lagring af brint på stedet forbedrer energisikkerheden, giver uafhængighed af nettet og sikrer en stabil brændstofforsyning. 

Ved at anvende brintbrændselsceller kan datacentre opnå pålidelig og uafbrudt strøm, reducere emissioner og bidrage til bæredygtighedsmål, hvilket gør dem til et attraktivt alternativ til traditionelle dieselgeneratorer.

Virksomheder som Microsoft eksperimenterer med brintbrændselsceller til deres datacentre.

Opbevaring og transport af brint

Opbevaring

Brintlagring er afgørende for at kunne bruge brint som energibærer, især til integration af vedvarende energi, transport og industrielle processer. Effektive lagringsløsninger skal imødekomme udfordringer inden for energitæthed, omkostninger, sikkerhed og infrastruktur. Nogle af de vigtigste metoder til brintlagring er:

Komprimeret gaslagring

Brint lagres i højtrykstanke (350 til 700 bar). Denne modne teknologi er meget udbredt, især i brintkøretøjer med brændselsceller (FCV'er). Selvom den er relativt ligetil, er energitætheden lavere sammenlignet med andre metoder, hvilket kræver større lagringsvolumener. Højtrykslagring nødvendiggør også stærke og holdbare materialer, hvilket øger omkostningerne.

Opbevaring af flydende brint

Brint afkøles til -253 °C og opbevares som væske i isolerede beholdere. Denne metode tilbyder højere energitæthed, hvilket gør den velegnet til pladsbegrænsede applikationer som f.eks. luftfart. Opretholdelse af kryogene temperaturer kræver dog betydelig energi og specialiseret isolering, hvilket øger kompleksiteten og omkostningerne. Der er også tab ved afkogning over tid.

Kemisk opbevaring

Brint kan lagres i kemiske forbindelser såsom metalhydrider, ammoniak eller flydende organiske brintbærere (LOHC'er). Metalhydrider giver høj volumetrisk energitæthed og sikkerhed, men har langsomme brintfrigivelseshastigheder. Ammoniak har høj energitæthed og etableret infrastruktur, men er giftigt og ætsende. LOHC'er tilbyder sikker håndtering og bruger eksisterende infrastruktur, men kræver energiintensive processer for at frigive brint.

Underjordisk opbevaring

Brint kan lagres i underjordiske huler, saltkupler eller udtømte naturgasfelter. Denne metode er omkostningseffektiv til store mængder og egnet til lagring i elnet, men kræver passende geologiske formationer og udgør en risiko for lækage og forurening.

Advanced Materials

Forskning i avancerede materialer som metalorganiske rammeværker (MOF'er) og kulstofbaserede materialer er i gang. Disse materialer kan tilbyde høj lagringskapacitet ved lave tryk og omgivelsestemperaturer, men de er stadig i forskningsfasen og står over for udfordringer med hensyn til skalerbarhed og omkostninger.

Transport

Rørledninger

Brint kan transporteres gennem eksisterende naturgasrørledninger med modifikationer eller nye dedikerede brintrørledninger. Projekter som European Hydrogen Backbone foreslår at oprette et transeuropæisk brintnetværk inden 2040.

Tankbiler

Over kortere afstande kan brint transporteres i komprimeret eller flydende form ved hjælp af tankbiler. Denne metode bruges i øjeblikket til industriel brintforsyning.

Levering

Flydende brinttransport udvikles til international transport. Kawasaki Heavy Industries har lanceret verdens første flydende brinttransportør, Suiso Frontier, der muliggør storstilet handel med brint.

Nye metoder

Nyere transportmuligheder dukker også op, ofte i takt med transport af nøglematerialer i industrielle processer.

For eksempel kan brint indlejres i jernmalm til transport til stålværker. Dette indebærer brug af brint til at reducere jernmalm til direkte reduceret jern (DRI), hvilket reducerer kuldioxidemissionerne betydeligt i stålproduktionen. Denne metode erstatter kulstof med brint i reduktionsprocessen og producerer vanddamp i stedet for kuldioxid. DRI'en, der indeholder indlejret brint, transporteres derefter til stålproduktionssteder til videre forarbejdning ved hjælp af elektriske lysbueovne (EAF'er), som kan drives af vedvarende energi. Denne tilgang dekarboniserer stålindustrien, udnytter eksisterende logistik for jernmalm og fremmer brugen af ​​grøn brint.

Lovgivningsmæssige problemer

Sikkerhedsstandarder

Brints brandfarlighed kræver strenge sikkerhedsstandarder for produktion, opbevaring og transport. Reguleringsorganer som Den Internationale Standardiseringsorganisation (ISO) og det amerikanske energiministerium (DOE) udvikler sikkerhedsretningslinjer for at sikre sikker håndtering.

Infrastrukturudvikling

Reguleringsrammer skal understøtte infrastrukturudvikling, herunder rørledninger, tankstationer og lagerfaciliteter. Politikker, der fremmer offentlig-private partnerskaber og strømlinede tilladelsesprocesser, er afgørende.

Incitamenter og tilskud

Regeringer implementerer incitamenter som skattefradrag, tilskud og subsidier for at fremme brugen af ​​brint. Den Europæiske Unions Grønne Aftale omfatter for eksempel betydelig finansiering til brintprojekter.

Offentlige investeringer

Europa

Den Europæiske Union er førende inden for investeringer i brint, og EU's brintstrategi sigter mod at installere 40 GW elektrolysører inden 2030. Lande som Tyskland, Frankrig og Holland har omfattende nationale brintstrategier, hvor de investerer milliarder i forskning, infrastruktur og pilotprojekter.

Asien

Japan og Sydkorea er pionerer inden for brintøkonomier. Japans grundlæggende brintstrategi sigter mod et brintbaseret samfund med investeringer i brændselscellebiler og brintproduktion. Sydkoreas køreplan for brintøkonomien sigter mod at implementere 5.26 millioner brintbiler inden 2040.

Nordamerika

USA øger investeringerne i brint, hvor DOE's Hydrogen Energy Earthshot-initiativ har som mål at opnå 1 USD/kg brint inden 2030. Californien er førende med omfattende infrastruktur til brintpåfyldning og incitamenter til brint-FCV'er. Canadas brintstrategi fokuserer på grøn brintproduktion og eksportpotentiale.

Viser potentiale, plads til forbedring…

Brint er et alsidigt og lovende alternativ til fossile brændstoffer med anvendelser, der spænder over transport, industrielle processer og energilagring. Tidlige brugere inden for bilindustrien og tung transport demonstrerer brints potentiale, mens industrielle anvendelser tilbyder betydelige muligheder for dekarbonisering. Effektive transport- og lagringsløsninger er afgørende for brints succes, hvilket nødvendiggør fremskridt inden for infrastruktur og teknologi.

Reguleringsrammer og offentlige investeringer er afgørende for at fremme anvendelsen af ​​brint. Med robuste sikkerhedsstandarder, støttende politikker og betydelig finansiering kan brint spille en afgørende rolle i at nå de globale klimamål. 

Men – og det har været sandt i lang tid – brint har ikke levet op til sit løfte. 

I takt med at teknologiske fremskridt og stordriftsfordele realiseres, bør brints rolle i energiomstillingen fortsætte med at vokse og dermed tilbyde en mere bæredygtig vej fremad.