Samspillet mellom fremtidig energimiks og hydrogen for å nå norske klimamål mot 2050

Abstract

Gjennom Kyotoavtalen og Parisavtalen har Norge forpliktet seg til å redusere klimagassutslipp kraftig innen 2030 og 2050. Hydrogen som energibærer kan bli en viktig grunnpilar for at Norge skal nå klimamålene.

Produksjon av ammoniakk og metanol er de største forbrukerene av hydrogen i Norge i dag. Disse industriene vil dominere norsk hydrogenetterspørsel også i årene fremmover. I tillegg kan hydrogen bli viktig i ulike transportsektorer, spesielt i maritim sektor og for lastebiler. I disse sektorene er det få andre alternative lavutslippsteknologier.

Hydrogen kan i fremtiden bli en eksportvare fra Norge tilsvarende det naturgass er i dag. Land som Tyskland og England bruker gass til oppvarming, og kan i fremtiden benytte hydrogen til dette. Tyskland har en stor stålproduksjon hvor norsk hydrogen kan være med på å gjøre produksjonen utslippsfri.

For at hydrogenet ikke skal bidra til klimagassutslipp, er det viktig at det produseres fra fornybare kilder. Grønt hydrogen produseres vanligvis fra elektrolyse der kraften kommer fra vann, vind eller sol.

Grønt hydrogen kan også være et godt alternativ ved utbygging av innestengt kraft, hvor tilgang på nett er begrenset eller ikke eksisterende.

Det meste av hydrogenet som blir produsert i Norge og verden i dag, er grått hydrogen som produseres ved reformering av naturgass. Dersom Norge skal nyttiggjøre seg av de resterende naturgassressursene, må karbonfangst- og lagring benyttes i kombinasjon med hydrogenproduksjon. Da blir hydrogenet blått.

Vannkraft dominerer den norske kraftproduksjonen, men utbyggingen av vind- og solkraft har hatt en betydelig økning de siste årene. Felles for disse er at de i liten grad er regulerbare; kraften må produseres når det blåser og når det er sol.

Flytende sol på vannkraftmagasiner er spennende fordi det allerede er utbygd nett i området. Solceller vil også redusere vanntap fra fordampning, og det vil være mer vann tilgjengelig for kraftproduksjon.

For å kunne utnytte den uregulerbare kraften, blir det viktig å kunne lagre den. Et marked for hydrogen kan gjøre at det er aktuelt å lagre slik overskuddskraft som hydrogen, som igjen kan fraktes dit den forbrukes. Dette krever imidlertid infrastruktur.

En av de største utfordringene med hydrogen er lagring. Hydrogen ved atmosfærisk tilstand har for lav volumetrisk energitetthet. Hydrogenet må enten lagres under trykk, på flytende form, eller som en hydrogenrik væske.

Frakt av hydrogen bør skje i flytende form, både for å redusere volum og øke sikkerheten. Ammoniakk er så giftig at den helst bør unngås.

Siden det i dag er problemer med boil-off fra flytende hydrogentanker, anbefaler mange ammoniakk. Dersom firmaet IC Technology lykkes med å utvikle lagringstanker for flytende hydrogen uten boil-off, vil det bli mye mindre aktuelt med ammoniakk.

Norway has committed to substantially reduce greenhouse gas emissions by 2030 and 2050 through the Kyoto and Paris agreement. Hydrogen as an energy carrier might become a vital pillar for Norway to achieve their climate goals.

Ammonia and methanol producers consumes the majority of hydrogen in Norway today. These industries will also dominate Norwegian hydrogen demand in the years to come. Additionally, hydrogen may become important in various transportation sectors, particularly in the maritime sector and for trucks. There are few alternatives for viable low emission technologies in these sectors.

In the future, hydrogen may become an export product from Norway, comparable with natural gas’ position today. Countries such as Germany and England utilize gas for heating, and in the future might make use of hydrogen for this purpose. Regarding Germany’s large-scale steel production, Norwegian hydrogen may be a part of the solution for it to reach zero emissions.

For hydrogen production not to contribute to the global greenhouse gas emissions, it is central that hydrogen is produced using renewable sources. Green hydrogen is generally produced through electrolysis which employs energy from hydropower, wind, or solar.

Furthermore, green hydrogen may also be a good alternative for energy production in remote areas where the access to electricity grid is limited or nonexistent.

Most of the hydrogen produced globally and in Norway today, is gray hydrogen which is produced by reformation of natural gas. If Norway is to utilize the remaining natural gas reserves, carbon capture and storage must be made use of, in union with hydrogen production. The hydrogen will be blue as a result.

Hydropower dominates the Norwegian power generation. However, the expansion of wind and solar has grown significantly over the past few years. The commonality is that they are both intermittent; the energy must be generated when the wind is blowing, and the sun is shining.

Floating solar on hydropower water reservoirs are compelling as the infrastructure in the area is already developed. Solar cells will also reduce loss of water due to evaporation which will lead to more water available for energy production.

To take advantage of this intermittent energy, storage will be crucial. A market for hydrogen may make it possible for surplus energy to be stored as hydrogen, which then can be transported to the consumer. Though this leads to a requirement for infrastructure.

One of the largest challenges regarding hydrogen is storage.Hydrogen at atmospheric pressure has too low volumetric energy density. Therefore, the hydrogen must either be stored in pressurized storage, in liquid state or as hydrogen rich liquids.

To reduce the volume and increase the security, hydrogen should be transported in liquid state. As ammonia is highly toxic it should be avoided.

In the light of today’s liquid hydrogen containers’ issues with boil-off, ammonia is highly recommended. Ammonia will become less important if the company IC Technology successfully completes their development of liquid hydrogen containers without boil-off.