Brint - Elektrolyse i Danmark - Energinet.dk

5. Udviklingspotentialet
for teknologien
AEC
Den alkaliske teknologi anvendes i dag kommercielt udeluk-
kende til produktion af brint til industriformål. Derudover er der
et spirende marked for demonstrationsanlæg som H2Logic og
GreenHydrogen.dk har leveret til i Danmark. Der er tilbage i tiden
bygget anlæg på over 100 MW i forbindelse med kunstgødningsfabrikker.
Hvis den del af den tilførte elektricitet, der ikke omsættes til
brintproduktion, kan udnyttes til varme, kan den samlede energivirkningsgrad
blive ganske høj, over 95 %.
Også helt små anlæg på et par kW til on site forsyning af små
CHP anlæg og optankning af lette køretøjer, kan af prismæssige
årsager med fordel anvende alkalisk teknologi. Nye stakdesign
især anvendeligt til små anlæg har potentiale for at reducere
prisen på elektrolysestakken med 60–70 %.
I Danmark er udviklingen af AEC især koncentreret hos HIRC, Risø
DTU og GreenHydrogen.dk.
PEMEC
De eksisterende PEMEC anlæg demonstrerer allerede en del af
potentialet i PEM teknologien i form af kompakte, simple og
sikre anlæg, der producerer tryksat brint. Den slags enheder er
f.eks. under demonstration i Nakskov i forbindelse med 1-2 kW
PEMFC-kraftvarmeenheder. Overskudsvarmen fra sådanne PEMEC
enheder vil umiddelbart kunne bruges sammen med varmen fra
PEMFC-kraftvarmeenhederne.
Der er et udviklingspotentiale, som aktørerne vurderer vil føre til
en generel reduktion af fabrikationsomkostningerne og forøgelse
af virkningsgraden. Udviklingen forventes dels drevet af den rivende
udvikling på PEMFC-området, dels af et selvstændigt udviklingsspor.
Lavere materialeomkostninger kan opnås ved brug
af PEMFC resultater inden for nye elektrolytmembraner samt fra
nye ikke-platin metalholdige katalysatormaterialer, der p.t. er
under udvikling til lavtemperatur PEMEC. Øget virkningsgrad forventes
bl.a. at kunne opnås ved øget driftstemperatur. De gode
resultater med højtemperatur PEMFC lover godt for dette udviklingsspor.
Det forventes ikke på kort sigt, at højtemperaturcellerne
vil blive helt termoneutrale, som det er muligt med SOEC,
men i kraft af, at overskudsvarmen produceres ved temperaturer
mellem 150 og 200 ºC, vil den kunne anvendes til dampfremstilling
eller sendes ud i fjernvarmenettet, hvorved den samlede
virkningsgrad kan blive meget høj. Udvikling af regenerative
brændselsceller, hvor elektrolyse og brændselscellefunktion foregår
i samme celle, har ligeledes potentiale for reduktion af fabrikations-
og driftsomkostninger.
I Danmark er udviklingen af PEM elektrolyse især koncentreret
hos DTU Kemi og IRD.
En af aktiviteterne er at udvikle en højtemperatur PEMEC-celle
med udgangspunkt i samme teknologi som for højtemperatur
PEMFC. Det første trin er at vælge et passende bærermateriale til
iltelektroden og vise, at det er stabilt i det relevante interval af
temperatur og cellepotential.
En anden af aktiviteterne er at udvikle lavtemperatur PEMECanlæg
med udgangspunkt i erfaringerne fra PEMFC. I den forbindelse
er der indledt samarbejde med ECN i Holland og canadiske
firmaer, der regnes blandt de førende PEMEC-aktører.
Der er etableret samarbejde indenlands i form af et forsknings-
center (HyCycle) og internationalt i form af dansk deltagelse i et
EU-projekt under 7. rammeprogram (WELTEMP).
SOEC
En af de specifikke fordele ved SOEC sammenlignet med konventionel
elektrolyseteknologi er dens evne til at lave kombineret
H2O- og CO2-elektrolyse og dermed muligheden for at lave billig
syntetisk (ikke-fossilt) brændsel til f.eks. transportsektoren.
Elektrolyseprocesssen er varmeforbrugende (endoterm). Dette
og den høje driftstemperatur betyder, at der (stort set) ikke produceres
spildvarme, hvilket giver en meget høj virkningsgrad
– betydeligt højere end for lavtemperatur-elektrolyse. Den høje
temperatur bevirker også, at der kan anvendes relativt billige
elektrode- og elektrolytmaterialer (ingen ædelmetaller).
Yderligere forøgelse af virkningsgraden og forbedring af økono-
mien kan opnås ved at tryksætte SOEC. Tryksætningen kan opnås
ved fordampning af højtryks fødevand (flydende) vha. lavkvalitetsvarme
og forventes derfor at være billig sammenlignet med
andre tryksætningsmetoder. Den høje driftstemperatur og et højt
tryk gør det muligt at integrere den videre katalyse af syntesegassen
til syntetisk brændsel i ét system.
Det er vist at ”state-of-the-art” SOFC celler er reversible, og disse
er således et godt udgangspunkt for udviklingen af SOEC-celler.
For en dansk satsning inden for området er det således en fordel,
at udviklingen kan bygge videre på den store kompetence, der
findes i Danmark på SOFC-området. Her har der de seneste 20 år
været satset kraftigt såvel inden for grundlæggende F&U som
inden for udvikling af billige produktionsmetoder og moduludvikling,
og der findes i Danmark egentlige anlæg til produktion
af celler. Denne F&U-indsats – der i takt med, at teknologien
nærmer sig det kommercielle marked, er øget betragteligt inden
for de seneste 5 år – har i 2008 et omfang af 160 mandår/år (i
Elektrolysestrategi 14