T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

More documents

Recommendations

Info

gasskraftverk som produserer elektrisitet vil få høyere virkningsgrad ved bruk av brenselceller, men hittil er teknologien for dyr. Brenselceller i store anlegg vil sannsynligvis ikke være av typen PEM. Det bruksområdet der brenselceller lenge har vært regnet for å være nærmest massemarkedet er bruk som erstatning for oppladbare batterier i mindre, bærbare maskiner. Oppladbare batterier til bærbare pcer, mobiltelefoner og mp3-spilllere er i dag dyre, og må lades både ofte og lenge. Brenselceller skal kunne konkurrere på pris og kan raskt fylles opp. Både NEC og Toshiba lovet å ha sine første modeller ferdige i 2004, men det har ikke kommet noen på markedet ennå. Prototypene for miniatyrbrenselceller er ennå for store i tillegg til at det er andre vanskeligheter. Bruk av hydrogen til transport vil være aktuelt både for biler, båter og fly, og hydrogen og brenselceller har lenge vært brukt som rakettdrivstoff av NASA. Selv om det finnes båter, biler og busser som blir drevet av hydrogen og brenselceller, så er det denne delen av hydrogen-/ brenselcellemarkedet som ligger lengst frem i tid. Biler er mest aktuelt å skrive om. Det finnes alternativer med brenselceller og annet drivstoff enn hydrogen, og BMW har en modell, Hydrogen 7, der hydrogen brukes som brensel i en forbrenningsmotor fordi firmaet mener det gir best kjøreegenskaper. Men de fleste bilfabrikanter tester og forsker på hydrogendrevne brenselcellebiler der brenselcellen er som i forsøket. En oversikt over de forskjellige bruksområdene for hydrogen er vist i figur 5.1, sammen med flere aktuelle produksjonsmetoder for gassen. 5.3 Hva skal til for å få i gang en omstiling til et hydrogenbasert energisystem? En omstilling fra dagens hydrokarbonbaserte samfunn til hydrogensamfunnet vil ta tid og skje gradvis. For at det i det hele tatt skal være 24 Figur 5.1 Produksjonsmetoder og anvendelsesområdet for hydrogen mulig trengs gode løsninger for alle ledd i energikjeden for hydrogen. Totalt sett er det som finnes i dag ennå ikke godt nok til at folk vil ønske å bytte. Teknologiutvikling spiller en stor rolle, og mye må forbedres før hydrogen kan tas i bruk i stort omfang. Utnyttelsesgraden for hydrogenkjeden fra produksjon til bruk er nødt til å bli høyere i fremtiden, nå går for mye energi tapt underveis. Brenselcellene som brukes må bli billigere og få lenger levetid, og fordi bruk i kjøretøy er et hovedmål må oppbevaring av hydrogen bli mer effektivt, sikkert og pålitelig. All oppbevaring av hydrogen trenger forbedret teknologi, men det er viktigst i transportsektoren på grunn av at både plass og mulighet for høy vekt er begrenset. (se avsnitt 5.3 om oppbevaring) Totalt sett finnes det en mengde alternativer for hva som kan gå an i fremtiden, og som må utvikles og kombineres rett før hydrogensamfunnet kan bli en realitet. I tillegg til tek- nologisk fremgang må det være vilje til å ta i bruk hydrogen. Hvordan man årene fremover ser klima-/ energisituasjonen og effekten av drivhusgasser vil være viktig. Det vil være nødvendig at både private og det offentlige tør satse, og at det offentlige gir pengestøtte og arbeider for gode retningslinjer, infrastruktur og regler for sikkerhet slik at det blir enkelt, pålitelig og trygt for forbrukeren. Fordi hydrogengass har en del andre egenskaper enn tradisjonelt brensel er det viktig med gode sikkerhetsprosedyrer og nok informasjon til forbrukere. Hydrogen har et dårlig rykte når det gjelder sikkerhet, mye på grunn av brannen på luftskipet Hindenburg i 1937. Men hydrogen er ikke totalt sett noe farligere brensel enn bensin eller diesel. Gasselekasje kan verken ses eller luktes, og det vil være nødvendig med gode sensorer som kan oppdage lekkasje. Hydrogen brenner med en usynlige flammer som spres raskt, og det kan derfor
være vanskeligere oppdage og bekjempe brann, i tillegg til at hydrogengass er eksplosjonsfarlig i konsentrasjoner helt ned til 18 %. Men hydrogen er lettere enn luft og oppdriften vil gjøre at hydrogen raskt stiger til værs og blandes ut til ufarlige konsentrasjoner. Hydrogen gir også fra seg mindre varmestråling enn bensin når det brenner, og vil ikke like lett antenne diverse materialer i nærheten. Den største utfordringen er å skaffe nok elektrisitet til å spalte vann, og å få denne elektrisiteten fra fornybare energikilder. For eksempel får USA 68 % av elektrisiteten som blir brukt i landet fra fossilt brensel. For å få til et rent hydrogensamfunn må det bygges ut enormt med fornybare energikilder svært mange steder. Etableringen av en effektiv infrastruktur for hydrogen er en enorm, dyr utfordring som vil måtte gå over mange år. Det er store forskjeller på hva som trengs av tilrettelegging i storbyer, i mindre byer og steder uten elektrisitetsnett. I industriland med godt utbygd infrastruktur for elektrisitetsdistribusjon og frakt av naturgass gjennom rør vil den beste begynnelsen være å produsere hydrogen på mange, mindre steder, fordi det blir billigere (se avsnitt 5.6 om transport). Det er ikke sannsynlig at det vil gå an å produsere alt hydrogen fra fornybare energikilder med en gang.(se avsnitt om produksjon) Å få halvparten av Europas biler over på hydrogen krever 5 ganger så mye produksjon som i dag, og bruk av naturgass ved siden av hydrogen vil i overgangsperioden kunne sette fart i prosessen over mot et hydrogensamfunn, fordi belastningen på både elektrisitetsnettet og økonomien blir mindre. For transportsektoren er bussflåter det beste å begynne fordi sentrale fyllestasjoner uansett må besøkes om natten, og behovet for hydrogenstasjoner begrenses noe i begynnelsen. For at folk skal ønske å kjøpe hydrogendrevne biler må det på forhånd være en del fyllestasjoner på plass slik at den kan brukes, og flere steder i verden arbeider man med hydrogenveier der det skal være mulig å kjøre en viss strekning på hydrogen. Å spre slike stasjoner over alt i startfasen vil bli for kostbart. I Norge skal en slik hydrogenvei gå fra Oslo til Stavanger, og både i Porsgrunn og Stavanger er fyllestasjonene allerede på plass. 5.4 Miljø Miljøfordelene ved å bruke hydrogen som energibærer vil først og fremst ligge i transportsektoren. Miljøgevinsten varier med produksjonsmetode, men til og med bruk av fossile energikilder kan være mye mer miljøvennlig anvendt til hydrogenproduksjon enn slik de brukes i dag. Grunnen til det er at fjerning og deponering av CO2 lar seg gjøre på større hydrogenfabrikker, men ikke direkte i biler. Men også uten CO2rensing vil hydrogen som drivstoff være positivt for lokalmiljøet der bruken av brenselet er. Luftkvaliteten vil bli bedre fordi brenselceller ikke har utslipp av sot og støvpartikler og heller ingen utslipp av CO-gass, NOx-gass eller uforbrente hydrokarboner som gir mer ozon i luften. I tillegg vil det bli mindre trafikkstøy. Alt dette er særlig viktig for miljøet i storbyer. Dersom hydrogen og luft brenner i forbrenningsmotorer vil det bli noe utslipp av NOx, men ellers vil miljøgevinsten være den samme. 5.5 Produksjon av hydrogen I forsøket ble det brukt en fotovoltaisk solcelle for å tilføre energi til elektrolysøren. Dette er ikke en vanlig metode for hydrogenproduksjon i dag, men heller en demonstrasjon av en mulighet for fremtiden. Nå for tiden produseres omtrent 4 % av hydrogenet på verdensbasis ved elektrolyse av vann, og svært lite av energien til dette kommer fra solcellepaneler. Resten av det hydrogenet som produseres i dag lages ved omforming av fossilt brensel. Naturgass er vanligst, men også kull og olje brukes. Hydro- genproduksjonen kan skje ved dampreformering, pyrolyse eller ved partiell oksidasjon. Damperformering av naturgass er mest brukt, er karbonatomene i hydrokarbonene fjernes ved hjelp av varme i form av damp, sammen med en katalysator. Karbonet som er i det fossile brenselet reagerer med oksygen og danner karbondioksid, som reaksjonslikningen viser: CH4+ H2O → CO+ 3 H2 For å få mer energi ut av prosessen kan man la CO-gassen reagere med vann: CO + H2O → CO2 + H2 Hydrogengassen må senere skilles ut slik at den blir mest mulig fri for CO og CO2, for mange brenselceller tåler kun rent hydrogen. Dagens hydrogenproduksjon er på grunn av disse avfallsstoffene ikke miljøvennlig, men slik omforming er billigere og krever mindre energi enn elektrolyse av vann. Utnyttelsesgraden i store anlegg med hydrogenproduksjon fra naturgass er 80-85%. Med CO2-rensing og deponering vil enda mer energi gå tapt underveis, og den totale utnyttelsesgraden for hele systemet kan være helt ned mot 30 %. Noen steder, for eksempel i USA er kull et reelt alternativ en stund fremover. Produksjon av hydrogen fra kull er billig, men mer forurensende enn gass. USA er generelt mer åpne for ikke-fornybare og mer forurensende energikilder enn EU. USA har mye elektrisitetsproduksjon fra fossilt brensel og mye kull selv, mens olje til bensin må kjøpes i utlandet. Når man begynner å produsere hydrogen vil konkurransen mellom de forskjellige formene stort sett avgjøres av prisen, spesielt der det står om omforming av naturgass eller elektrolyse av vann. Elektrolyse av vann gir vanligvis 70- 75 % av energien som hydrogen, og virkningsgraden på elektrolyse kan i enkelte tilfeler være på mer enn 80 %. Likevel kan den totale utnyttelsesgraden fra energikilden til ferdig 25
Page 1: E N E R G I T. Ekelund, C. Carlsen,
Page 6 and 7: pel sollyset. Slike energikilder er
Page 8 and 9: Figur 1.3 N-type silisium med frie
Page 11 and 12: Å foredle metallurgisk silisium i
Page 13: pe metalltråder kveilet tett rundt
Page 16 and 17: øker. Dette er fordi linja L (som
Page 18 and 19: ne ble fylt opp med gass. Når gass
Page 21: Figur 4.1 Diagram over vinkler og s
Page 26 and 27: hydrogen bli lav, for også elektri
Page 29 and 30: 6.3 Solceller koblet i serie og par
Page 31 and 32: Solar Electricity, Tomas Markvart,

T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?