#Energi #Industri

Hvordan vi kan bygge en hydrogenframtid i Norge

Stefania Gardarsdottir og Kyrre Sundseth

Forfattere: Stefania Gardarsdottir og Kyrre Sundseth

Mange SINTEF-forskere er fokusert på utviklingen av hydrogen som energibærer og som en nyttig innsatsfaktor i industriprosesser for vårt framtidige lavutslippssamfunn.

Hydrogen er en lett, men energitett gass (under standart temperatur og trykk) som kan framstilles og lagres uten direkte CO2-utslipp. Potensialet er derfor stort for samferdsel og næringer hvor nullutslipp vanskelig lar seg realisere. Hydrogen kan også bli viktig for framtidige energisystemtjenester etter hvert som produksjonen av fornybar energi øker.

Men vi vet at folk utenfor forskermiljøet ønsker å vite mer om hydrogen. Du har kanskje hørt om hydrogen og brenselceller, men hvorfor er hydrogen så viktig for framtiden til kloden vår? La oss se på noen av de vanligste spørsmålene vi får både fra nordmenn og andre, og hvordan SINTEF er med på å forme vår hydrogenframtid.

Hydrogen uses in Norway and Europe

Hva er hydrogen, og hvordan blir det brukt?

Hydrogen er hovedbestanddelen av vann. Det er derfor helt avgjørende for alt liv på jorden. Men vi har lært å gjøre bruk av hydrogen til mange andre formål. Vi bruker det til å lage ammoniakk til gjødsel, og det inngår som en viktig bestanddel i mange slags varer.

Hydrogen er svært energitett. Det kan brukes til å lagre energi produsert av fornybare kilder eller fra fossile kildermed karbonfangst og -lagring til senere bruk i så mangslungne sektorer som industri, energi, transport, luftfart, bygg og anlegg samt i nærings- og boligbygg. I land hvor de har rørsystemer for naturgass, kan hydrogen erstatte naturgass til oppvarming og til bruk i komfyrer.

Hydrogen kan brukes som drivstoff på egen hånd eller i form av hydrogenbærere som for eksempel ammoniakk. I en brenselcelle reagerer hydrogen med oksygen for å levere energi til forskjellige fremdriftssystemer eller andre energiformål. Blant mange andre bruksområder kan hydrogen også brukes i gassturbiner til å produsere elektrisitet, eller i industriprosesser som reduksjonsmiddel og som erstatning for fossile brensler. Det brukes også som rakettdrivstoff. NASA bruker brenselceller i verdensrommet!

Er hydrogen trygt?

Hydrogen er energirikt, men det er verken mer eller mindre farlig enn andre brensler. Det oppfører seg imidlertid annerledes enn bensin eller energien i en batteripakke, for eksempel, så det er viktig å ta hensyn til hydrogenets egenskaper.

I motsetning til andre brensler er ikke hydrogen giftig. Hvis hydrogen lekker, løser det seg forholdsvis fort opp. Hydrogen er brannfarlig, men vi har god kunnskap om hydrogenets egenskaper og atferd.

Hydrogen har lenge vært brukt i stor skala i industrien over hele verden. Når trykksatt eller flytende hydrogen skal utvikles og brukes i en ny sektor som drivstoff, trenger vi et egnet rammeverk for sikkerhet og håndtering. Slik er det for alle nye teknologier.

Det er et velkjent faktum at hydrogenatomer kan føre til sprøhet i metaller, såkalt hydrogensprøhet. Derfor skal materialer som er eksponert for hydrogengass, alltid velges med omhu for å sikre tilstrekkelig bestandighet mot dette fenomenet.

Er hydrogen miljøvennlig?

Hydrogen har ingen skadelige CO2-utslipp når det forbrukes i en brenselcelle eller forbrennes i en turbin. Når vi skal vurdere hvordan hydrogen påvirker miljøet, må vi imidlertid se på hvor det kommer fra. Hydrogen kan produseres på mange måter, og miljøpåvirkningen varierer.

For å forstå kilden, er hydrogen ofte merket med forskjellige farger.

Hvordan blir hydrogen framstilt?

Hydrogen er et naturlig forekommende grunnstoff, men vi må framstille det for å nyttiggjøre oss det som energibærer eller i industrien. Hydrogen kan framstilles fra fossile brensler, biomasse eller vann. Elektrolyse av vann, dvs. spalting av hydrogen fra vann ved hjelp av elektrisitet, er noe vi har gjort i Norge i mange tiår.

Hydrogen combustion lab research
SINTEFs høytrykksforbrenningsanlegg brukes ved lavutslippssenteret for å undersøke egenskapene ved ammoniakk- og hydrogenforbrenning fra ekte gassturbinbrennere. Her justerer sjefforsker Mario Ditaranto de optiske instrumentene.

I dag framstilles ca. 95 prosent av all hydrogen fra fossile brensler, særlig fra naturgass. I Norge finnes det et stor potensial for å framstille rent hydrogen fra naturgass med karbonfangst og -lagring for å fjerne utslippene.

Hydrogenframstilling fra fornybar energi som vindkraftoverskudd er en smart, effektiv måte å fange energi som ellers ville gå tapt på.

Hva slags forskjellige farger har hydrogen?

Hydrogen blir ofte definert ved hvordan vi framstiller det. Vi bruker derfor farger til raskt å identifisere de forskjellige kildene. Det er viktig å påpeke at selve hydrogenet er det samme – fargen er bare en etikett!

Grått hydrogen er den vanligste framstillingsmetoden i dag. Det blir framstilt fra fossile kilder. Blått hydrogen blir også framstilt fra fossile kilder, men med én viktig forskjell. Karbonutslippene blir fanget og lagret med CCS-teknologier. Grønt hydrogen blir framstilt av fornybare kilder gjennom elektrolyse.

Sammen vil både grønt og blått spille en viktig rolle i hydrogenframtiden vår.

Hvilken status har hydrogen i Norge?

Med lang erfaring fra både fossil energi (olje og gass) og fornybar energi er Norge en ekte energinasjon. Myndighetene utreder nå hvilken rolle hydrogen kan spille i framtiden. Norge ønsker å oppnå netto nullutslipp av klimagasser innen 2050. For å klare dette er vi nødt til å avkarbonisere mange sektorer, og her spiller hydrogen en nøkkelrolle.

I 2020 offentliggjorde den norske regjeringen sin hydrogenstrategi. Den understreket hydrogenets potensial både på hjemme- og eksportmarkedet, betydningen av både blått og grønt hydrogen og den unike posisjonen norsk industri kan innta i et voksende marked.

Den norske regjeringen er nå i ferd med å utvikle et norsk hydrogenveikart, og en mer konkret plan for å nå hydrogenstrategien vil bli utarbeidet.

Hvilket potensial har hydrogen i Norge?

I framtiden kan Norge framstille blått hydrogen og ammoniakk fra fossile brensler med CO2-utslipp som fanges og lagres i CO2-lagringsanlegg dypt under havbunnen. Norge vil ha fått en mer diversifisert produksjon av fornybar energi med vannkraft, solenergi, havvind og potensielt bølgekraft, og alt dette vil bidra til en bærekraftig, stabil produksjon av grønt hydrogen og grønn ammoniakk.

Sintef low emission lab
Lavutslippssenteret studerer brenselceller ved SINTEFs laboratorium for lavtemperaturelektrolyse og brenselceller.

Det er utvilsomt en potensiell etterspørsel etter hydrogen i mange norske næringer, særlig næringer som i dag er vanskelige å avkarbonisere med andre tiltak som elektrifisering og batterier. Hydrogen kan brukes som drivstoff til biler, tungtransport som lastebiler og sjøtransport med blant annet passasjer- og lasteskip. Norge er verdensledende innen sjøtransport og teknologiske løsninger i maritim sektor, så det er vesentlig eksportpotensial for nye hydrogen- og ammoniakkteknologier på dette området. Hydrogen er også en viktig brikke i avkarboniseringen av mange prosessnæringer.

Det vil også sannsynligvis blir betydelig etterspørsel etter hydrogen og relaterte teknologier fra eksportmarkeder, særlig EU.

Hva er hydrogenforholdet mellom Norge og EU?

Hydrogen spiller en sentral rolle når EU skal omstille seg og bli klimanøytral. I EUs hydrogenstrategi er målet en hydrogenproduksjon fra fornybare ressurser på 6 GW hydrogen innen 2024 og 40 GW innen 2030.

EU er en viktig forskningspartner for Norge, særlig innen klima og energi, og EU vil være et viktig marked for hydrogenløsninger som utvikles og implementeres i Norge.

Hvis Norge skal forbli en verdensledende energinasjon, er det avgjørende å holde og bygge videre på dette nære samarbeidet med Europa i årene som kommer. Å skape et hjemmemarked og en infrastruktur og fyllestasjoner for hydrogen er første skritt. Klargjøring av produksjonen og infrastrukturen til betydelig eksport til Europa bør imidlertid ikke følge langt etter. Hvis det lykkes, vil jobb- og verdiskapingen bli betydelig, både med tanke på innenlandsk bruk og eksport av hydrogenenergi og teknologiske løsninger.

Det er én av grunnene til at Langskip-prosjektet for karbonfangst og -lagring er så viktig. Langskip er den norske regjeringens forpliktelse til fullskala gjennomføring av teknologier for fangst, transport og lagring av karbon. Muligheten til å fange og lagre CO2 i full skala er en viktig brikke for å produsere blått hydrogen i Norge og kan brukes til å sette fart i utviklingen av en infrastruktur for eksport.

Hvordan går vi fra dagens situasjon til en hydrogenframtid?

Forskning på nye og forbedrede teknologier er bare ett skritt for å skape den hydrogenframtiden vi ønsker oss. Fortsatt trengs det forbedringer, men vi vet allerede hvordan vi kan produsere hydrogen på en miljøvennlig måte.

Det vi virkelig trenger for å få fortgang i omstillingen, er etterspørsel etter hydrogen. Å skape etterspørsel i markedet er imidlertid ikke teknologiforskningens oppgave. Her er vi over på finans og politikk. Selskaper og samfunn trenger stimuleringstiltak hvis hele infrastrukturen skal gå over til å bruke rent hydrogen, og det samme gjelder for kollektivtransporten.

Hydrogen er regningssvarende hvis det integreres i samfunnet i stor skala, men bruk av hydrogen i liten skala er kostnadsdrivende. Vi trenger hydrogennav for å dele kostnader og risikoer mellom sektorer. Dette krever et veikart både hjemme og for Europa, slik at etterspørselen etter hydrogen kan bli mer utstrakt enn bare begrenset til dagens nisjemarkeder.

Hvordan kan vi utvikle et hydrogenmarked i Norge?

Noe kan vi lære fra andre vekstmarkeder, f.eks. den raske utviklingen av elbilmarkedet i Norge de ti siste årene. Vesentlige investeringer fra regjeringen og smart bruk av subsidier og støtteordninger har skapt en nasjonal infrastruktur og markedsetterspørsel på bare litt over ti år.

Sintefe Hydrogen researcher
Øyvind Lindgård tester brenselceller ved SINTEFs laboratorier, der det forskes på ny teknologi for produksjon og bruk av hydrogen til mobile og stasjonære formål.

En ting vi kan gjøre for å stimulere til bruk av andre teknologier som hydrogen innen samferdsel, sjøfart og andre næringer, er at det må bli langt dyrere å slippe ut klimagasser. Dette kan vi oppnå med skatter og avgifter, men også på andre måter. Norges forholdsvis store offentlige sektor kan for eksempel brukes til å kreve at leverandører bruker grønnere metoder for produksjon og levering av løsninger som hydrogen. Hvis vi klarer å utvikle en nasjonal infrastruktur for hydrogen, blir kostnadene lavere. Det vil dermed bli mindre usikkerhet rundt det å velge hydrogen.

Risikofordeling mellom forskjellige aktører kan dessuten gjøre at vi lykkes bedre når vi setter i gang store prosjekter som bygging av ny infrastruktur og fyllestasjoner. For eksempel er Norges Langskip-prosjekt et samarbeid mellom offentlig og privat sektor. Slik samfinansiering sprer risikoen og sikrer at målene blir samkjørt mellom bransjer og mellom offentlig og privat sektor.

Hvorfor er forskning og utvikling så viktig for hydrogen?

Norges lange erfaring fra naturgass og fornybar energi kan utnyttes til hydrogenbaserte løsninger. Forskningsplattformer og samarbeid med industrien er nødvendig for å bygge den spisskompetansen og de forretningsmulighetene landet trenger for å bli verdensledende innen hydrogenløsninger.

Men kanskje den viktigste grunnen til å investere i hydrogenforskning er å stimulere til økt bruk i flere sektorer. Slik oppskalering av hydrogen er det som får ned kostnadene mest og gjør hydrogen mer attraktivt for andre bruksområder.

Hva slags hydrogenforskning foregår ved SINTEF?

Mange team ved SINTEF har arbeidet med forskjellige fagfelt innen hydrogenforskning i lang tid. En rekke teknologier og forskjellige verdikjeder er relevante for hydrogenforskning, så SINTEFs tverrfaglige tilnærming med deltakelse fra mange institutter gir oss en stor fordel.

Forskningen har etter hvert fått et bredere fokus, fra grunnforskning til mer anvendt forskning som omfatter bransjesamarbeid og demonstrasjonsprosjekter. SINTEF-forskere har vært med på å stifte knoppskytingsforetak og utrede hydrogen som en del av et bredere tema, f.eks. elektrifisering av den norske kontinentalsokkelen ved SINTEFs lavutslippssenter.

Forskning på sluttbruk fokuserer på for eksempel brenselceller spesifikt for transportsektoren og offshorenæringen. Forskere på forbrenningsprosesser jobber også med kraftproduksjon for offshoreplattformer og med forbrenning av hydrogen og ammoniakk i store motorer. I mange år har SINTEF-forskere deltatt i Deep Purple-prosjektet for å utvikle et havvindsystem som kan levere grønt hydrogen til mer enn 12 millioner europeere i løpet av bare noen få år.

EU- demonstrasjonsprosjekt REFHYNE – Clean Refinery Hydrogen for Europe holder på å utvikle det som vil bli et av de største PEM elektrolyseanleggene i verden.

Det finnes 9000 km undervannsrørledninger for transport av naturgass i Nordsjøen. Denne enorme infrastrukturen er utviklet på grunnlag av et tett forskningssamarbeid mellom SINTEF og norsk industri over en periode på 30 år. I HyLINE-prosjektet, finansiert av Norges Forskningsråd og industrien, undersøker SINTEF nå muligheten for å anvende slike rørledninger til transport av ren hydrogengass.

Forskerne våre arbeider dessuten stadig mer med å forstå hvilken rolle hydrogen kan spille som en integrert del av energisystemet, særlig ved å studere interaksjonen med andre energibærere som elektrisitet og varme. Eksempler på dette er blant annet CleanExport-prosjektet og Hydrogen for Europe-initiativet, mens sektorintegrering vil bli et viktig fokusområde i framtiden.

Forfattere: Stefania Gardarsdottir og Kyrre Sundseth

5 kommentarer på “Hvordan vi kan bygge en hydrogenframtid i Norge

  1. Audun Hausberg

    Dette er megabra og ufattelig spennende. Jeg er mest opptatt av det maritime og hvordan få storting og regjering til å forstå at det er noe som heter RIKSVEI Nr 1 Fra politisk hold fremstår den som glemt. Hordfast med bro over Bjørnefjorden er et eksempel på molbofakter.
    Det å få skipsfarten over på hydrogen og samtidig bygge ut for det er et kjempesteg i riktig retning. Da blir vi også her et foregangsland

  2. Hogne Hongset

    Det eneste som ikke nevnes i artikkelen, såvidt jeg kan se, er at hydrogen er en ekstremt energisløsende teknologi, der opp mot 2/3 av energien forsvinner på veien fra strømmen som brukes i produksjonen til effekten som kommer ut fra f. eks en brenselcelle! Det gleder selvsagt energiprodusentene, fordi økt satsning på hydrogen driver strømprisene opp. «Klimaeffekten» kan nok bli temmelig tvilsom, dersom det ble regnet inn hva den tapte energien kunne vært brukt til, for eksempel å redusere bruken av kullkraft!

    • Nils Christian. Petersen

      Akk ja! Du er inne på noe vesentlig der. Det er bedre å søke å utnytte tilgjengelig elektristet direkte. Elektrolyse nevnes som en måte å lagre overskudds elektrisitet på. Jeg tviler på at dette kan bli særlig aktuelt i Norge, hvor våre eksisterende vannkraftmagasiner gir gode muligheter for kortvarig lagring av overskuddskraft. Men, i områder hvor transport av strøm kan bli kostbart, for eksempel fra havvindparker, kan muligens produksjon av hydrogen lokalt være et alternativ. Det skal bli interessant å se fasit for hydrogenproduksjonen ved Berlevåg, når den en gang kommer i gang.

  3. Nils Chr. Petersen

    Den billigste måten å produsere hydrogen på er visstnok fra metangass. Prosessen medfører også produksjon av CO2 (oksidasjon av C i gassen) Dette må da medføre betydelig utvikling av varme. Hvordan håndterer man denne varmen? Fjernes den via kjølesystemer, eller benyttes den på en fornuftig måte? Jeg savner en total virkningsgrads analyse som viser hvor mye av all energien som finnes i gassen eller oljen som forsvinner i forhold til den energien som gjør nytte. Her er mange tapsposter: transport og injeksjon av CO2, komprimering og transport av H2, omdanning av gass til H2 og CO2, Omdanning til, og «forbrenning» av ammoniakk. Jeg har en ekkel følelse av at den resulterende virkningsgraden blir veldig liten. (Og da blir vel mine aksjekjøp i hydrogenprosjekter tilvarende tapsbringende.)

  4. Arne Johan Østenby

    Når det er overproduksjon av elektrisk energi fra vindmøller og solcelleanlegg kan dette brukes til å produsere hydrogen. Da har ikke dårlig virkningsgrad så stor betydning.

    Energitapet, det vil si varmeutviklingen kan brukes til å varme opp store bygninger. Her har Norge et fortrinn fordi vi har større oppvarmingsbehov enn land lenger syd.

    Hydrogen kan produseres ved avsidesliggende vannkraftverk hvor det blir for dyrt å bygge overføringslinjer. Hydrogenet kan da fraktes i tanker. ( alternativt ammoniakk ) Det samme gjelder for vindmøller langt til havs.

    Hvis behovet for hydrogen øker, så vil omsetningen øke, masseproduksjon av hydrogenutstyr vil senke produksjonskostnadene, og det blir mer penger til forskning og utvikling, som vil gi bedre virkningsgrad og bedre utstyr. Da kommer man inn i en positiv spiral.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *