Sådan anvendes brintenergi i elproduktion

Elproduktion ved hjælp af brint sker hovedsageligt gennem to metoder: brændselsceller og forbrændingsturbiner, som er blevet tilpasset til brug af brint. Brændselscelleteknologi fungerer ved at generere strøm gennem elektrokemiske processer, og når den kombineres med varmegenvindingsystemer, kan disse opnå en efficiens på omkring 60 %. Mange eksisterende forbrændingsturbiner, der oprindeligt blev bygget til naturgasdrift, kan nu håndtere brintblandinger eller endda ren brint, hvilket giver netoperatører den nødvendige fleksibilitet til at sikre en stabil strømforsyning. Produktion af grøn brint indebærer at spalte vandmolekyler ved hjælp af vedvarende energikilder såsom vind- og solenergi gennem en proces kaldet elektrolyse. Denne grønne brint lagres, indtil der er et fald i tilgængeligheden af vedvarende energi, hvorefter den kan konverteres tilbage til elektricitet. Tag Tyskland som eksempel, hvor flere offshore vindanlæg allerede producerer grøn brint. Disse projekter har formået at reducere afhængigheden af kulværker med cirka 40 % i visse testområder, selvom resultaterne varierer afhængigt af lokale forhold og specifikke implementeringer.

Integration af brint i eksisterende elnet

Brint hjælper med at gøre elnettene renere, samtidig med at de holder dem stabile. Når der er ekstra vedvarende energi til rådighed, gemmes denne energi i form af brint og udledes igen, når efterspørgslen stiger kraftigt. Tag Danmark som eksempel: Deres pilotprojekter har vist, at lagring af brint i saltkamre reducerer spildt energi med mellem 15 og op til 20 procent årligt. Vi ser nu disse hybride anlæg dukke op, hvor solceller arbejder sammen med elektrolyseanlæg, selvom det kræver ret sofistikeret energistyring at få alt til at fungere problemfrit, da energien flyder begge veje gennem systemet. Se på Californiens Renewable Hydrogen Backbone-projekt: De bruger faktisk brint til at holde elnettet stabilt under intense hedebølger, som ofte forstyrrer normale driftsforhold så meget i dag.

Case Study: Brintdrevne anlæg i Tyskland og Japan

Energiepark Mainz i Tyskland kombinerer en 6 megawatt elektrolyseanlæg med vindenergikilder for at generere omkring 200 tons brint hvert år. Anlægget kan faktisk forsyne cirka 2.000 husholdninger med strøm under strømafbrydelser gennem sit 1,4 MW brændselscellesystem. Tværs over Stillehavet har Japan udviklet noget endnu større kaldet Fukushima Hydrogen Energy Research Field, eller FH2R for kort. Med en kapacitet på 10 MW er det verdens største grønne brintanlæg. Det hjælper ikke kun med at forsyne dele af Tokyo med strøm, men forskere bruger det også til at eksperimentere med at skibe brint over oceaner. Det, der gør disse projekter bemærkelsesværdige, er deres imponerende effektivitet på omkring 95 %. De opnår denne høje ydelse, fordi de justerer mængden af produceret brint baseret på, hvad elnettet faktisk har brug for i ethvert givent øjeblik.

Udfordringer ved at skala brint til basislaststrøm

Tre store barrierer begrænser brints rolle i basislaststrøm:

• Kost : Elektrolyseurs kapitalomkostninger er fortsat cirka tre gange højere end dem for naturgasturbiner.
• Effektivitetstab : Den cirkulære proces med at omdanne strøm til brint og tilbage resulterer i et energitab på 30–35 %.
• Infrastruktur : Mindre end 15 % af verdens gasledninger kan sikkert transportere brintblandinger over 20 %.

En branchegennemgang fra 2021 fremhævede brændselscellevardighed og sprødhed i rørledninger som vigtige R&D-prioriteter og anslået omkostninger til infrastrukturforbedringer på 1,2 billioner USD indtil 2040. Selvom brint supplerer vedvarende energi, mangler den i øjeblikket prisparitet til bred anvendelse som basislast.

Brint til opvarmning: Decarbonisering af industrielle og private opvarmningssystemer

Rollen for brintenergi i decarbonisering af opvarmningssystemer

Ifølge IEA's data fra sidste år udgør omkring 40 procent af alle CO2-udledninger fra energiforbrug verden over, kommer fra opvarmning, hvilket er grunden til at mange eksperter ser hydrogen som en reel spildevinder for at erstatte fossile brændsler i både industrielle ovne og hjemmeforbrændingskedler. Det faktum, at hydrogen brænder ved temperaturer på op til næsten 2800 grader Celsius, gør det særligt velegnet til tungindustri såsom stålproduktion. Nogle tests med brændselscellebaserede mikrokraftvarmesystemer viste også imponerende resultater og nåede en effektivitet på omkring 90 procent, når de blev anvendt i fjernvarmenet. Det interessante er, at hydrogen faktisk fungerer temmelig godt i cirka 20 procent af de nuværende gasledninger uden behov for ændringer i infrastrukturen, hvilket kunne fremskynde denne teknologis udbredelse på tværs af forskellige sektorer.

Blanding af hydrogen med naturgas i rørledninger

Blanding af hydrogen i eksisterende gasnetværk tilbyder en overgangsløsning:

Europæiske forsøg viser, at 20 % blanding kan reducere udledningen med seks millioner ton årligt, samtidig med at sikker drift opretholdes. På grund af brintens lavere volumetrisk energitæthed, skal flowhastighederne dog øges med 15–25 % ved højere blandingsniveauer.

Pilotprojekter i Storbritannien og Holland med brug af brint til opvarmning af hjem

HyDeploy-programmet i Storbritannien lykkedes det at blande brint i gasforsyningen til omkring 300 huse med ca. 20 %, og de fleste virkede tilfredse – cirka 8 ud af 10 deltagere rapporterede, at de var tilfredse. I Nederlandene blev det endnu mere interessant med H2Stad-eksperimentet, hvor de faktisk skiftede 1.500 huse helt over til brintdrevne kedler. Resultaterne var også ret imponerende, da det reducerede emissioner fra opvarmning med næsten 90 % i forhold til almindelige naturgasanlæg. Selvom disse testprogrammer viser, at brint kan fungere i større skala, er der nogle bekymringer, der er værd at bemærke. Materialeprøver tyder på, at hvis rørledninger kører med ren brint hele tiden, kan deres levetid formindskes mellem 12 % og måske 18 %. Ikke så godt nyt, men stadig håndterligt med passende planlægning.

Effektivitets- og sikkerhedsovervejelser ved brintbaseret opvarmning

Hydrogenkedler kører med en effektivitet på omkring 85 til 90 procent, hvilket faktisk er lidt lavere end det, vi ser med naturgas ved cirka 94 %. Det med hydrogen er, at det antænder meget nemmere, da det kun kræver 0,02 mJ mod metans 0,3 mJ. Dette betyder, at vi har brug for rigtig gode lækdetektionssystemer, der kan opdage selv mindste mængder, måske så lidt som 1 % koncentration. Ifølge nogle nyere undersøgelser fra DNV i 2023 trænger hydrogen gennem polyethylenrør cirka 30 gange hurtigere end almindelig gas gør. På grund af dette problem vil de fleste ældre rørnet sandsynligvis få brug for særlige kompositforinger et eller andet sted i systemet. Og lad os heller ikke glemme ordentlig ventilation. Når bygninger bliver korrekt ombygget, kan denne enkle foranstaltning alene mindske eksplosionsfaren med næsten 92 %.

Hydrogen i transport: Fra brændselsceller til luftfart

Køretøjer med brændselscelle baseret på hydrogen som ren alternativ transportform

Brændselscelle-elbiler fungerer ved at generere strøm gennem kemiske reaktioner inde i cellen, og de udleder stort set kun vanddamp som udstødning. Det store plus er, at tanke tager mindre end fem minutter, og disse biler kan køre over 500 kilometer, før de skal tankes igen. For ting som lastbiler til langdistance og godsfragtskibe gør dette dem bedre end almindelige batterier, da de kan pakke mere energi ned i mindre rum uden at ofre for meget ladningsplads. Selskaber som Toyota og Hyundai har for nylig begyndt at investere seriøst i brintteknologi til deres større transportbehov.

Indførelse af brintbusser og -lastbiler i Californien og Sydkorea

Californiens H2 Frontier-projekt har siden 2023 udrustet mere end 50 brintdrevne busser i 12 trafikdistrikter og herved reduceret udledningen med 1.200 ton årligt. I Sydkorea anvender havnen i Ulsan 120 brændselscelle-lastbiler til containertransport, understøttet af nærliggende elektrolyseanlæg drevet af vindenergi fra offshore-vindmøller.

Brintdrevne tog i Tyskland og Frankrig

Tysklands Coradia iLint-tog tilbagelagde 220.000 emissionfrie kilometer i 2023. Frankrigs TER Occitanie-linje udskiftede 15 dieselenheder med brintblandetog, som bruger brændselsceller på taget til at forlænge rækkevidden på ikke-elektrificerede strækninger.

Nye anvendelser inden for søfart og luftfart

Søfartsoperatører bruger brintafledet ammoniak til at drive fire lastskibe i Nordsøen, hvilket reducerer CO2-udslippet med 85 % i forhold til tung fyringsolie. Inden for luftfart forventes regionale fly uden emissioner, drevet af flydende brintforbrænding, at komme i drift inden 2035, hvor prototyper i øjeblikket gennemfører testflyvninger på 750 km.

Infrastrukturudfordringer for brændstofningsnetværk til brint

Der findes globalt færre end 1.000 brinttankstationer, hvoraf 42 % ligger i Europa og 38 % i Asien. Lagring under højt tryk er fortsat dyr – 1.800 USD pr. kg i 2024 – og sprødhed i rørmaterialer skaber udfordringer for distribution i stor målestok.

Produktion af grønt brint: Fremme af bæredygtige metoder

Grå, blå og grøn brint: Miljømæssige og økonomiske afvejninger

Der er adskillige forskellige måder at producere brint på, og de har alle deres egen miljøpåvirkning og pris. Grå brint fremstilles ved dampreformering af metan (SMR) og udleder mellem 9 og 12 kilo CO2 for hvert kilo produceret brint. Prisen? Cirka 1,50 til 2,80 dollar per kilo ifølge Den Internationale Energiagentur i 2023. Så har vi blå brint, som stort set anvender samme SMR-proces, men med tilføjelse af kaptions teknologi. Dette reducerer udledningen med omkring 80 til 90 procent, men gør det dyrere ved cirka 2,50 til 4 dollar per kilo. Og endelig har vi grøn brint, som opstår, når strøm fra vedvarende energikilder driver elektrolyseanlæg. Denne metode udleder ingen direkte emissioner og koster i øjeblikket mellem 3 og 5 dollar per kilo. Det er faktisk faldet betydeligt i forhold til for bare et par år siden, hvor priserne lå omkring 4 til 6 dollar per kilo.

Fremskridt inden for elektrolyse øger produktionen af grøn brintenergi

Protonudvekslingsmembran (PEM) elektrolysører når nu en effektivitet på 75–83 %, op fra 60 % i 2010. Alkaliske systemer fungerer med en effektivitet på 65–70 % og har levetider, der overstiger 60.000 timer. Fast oxid elektrolysører (SOEC), som opererer ved 700–900 °C, har opnået en effektivitet på 85 % i forsøg, hvilket viser potentiale for industriproduktion af grøn brint (ScienceDirect 2024).

Omkostningstendenser og skalerbarhed for brintproduktion drevet af vedvarende energi

Omkostningerne ved at producere brint gennem sollydrevet elektrolyse er faldet dramatisk, med omkring 62 % siden 2015. I 2024 ser vi nu priser mellem 3 og 4,50 dollar per kilogram. Nedenunder i Australien producerer vindmølleparker mere end 1.000 tons grøn brint hvert år til cirka 3,80 dollar per kg. I mellemtiden i Kina gør store elektrolyseanlæg produktionen billigere hvert år, hvor omkostningerne falder med cirka 18 % årligt. Set fremad spår BloombergNEF, at grøn brint kan nå ned til blot 1,50 dollar per kg i 2030. Dette vil ske, når vedvarende energikilder fortsætter deres hurtige udvidelse og forventes at udgøre næsten 85 % af al ny elproduktion verden over.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er de primære metoder til at generere elektricitet ved hjælp af brint? De vigtigste metoder er brændselsceller og forbrændingsturbiner, der er tilpasset til brint.
Hvordan bidrager brint til stabilitet i elnettet? Brint lagrer overskydende vedvarende energi og frigiver den under forbrugstoppe for at sikre stabilitet i elnettet.
Hvad er nogle af de aktuelle udfordringer ved brug af brint til basislastkraft? Høje omkostninger, tab af effektivitet under energikonvertering og begrænsninger i infrastrukturen er store udfordringer.
Hvordan anvendes brint i opvarmningssystemer? Brint kan erstatte fossile brændsler i industrielle og private opvarmningssystemer og dermed tilbyde et bæredygtigt alternativ.
Hvilke fremskridt er der sket inden for produktion af grøn brint? Udviklinger i elektrolyseteknologi og store anlæg har markant reduceret omkostningerne og øget effektiviteten.