"Græn" vetnisvinnsla verður hluti af lausninni

Með "grænni" vetnisvinnslu er átt við rafgreiningu vatns, H2O, með raforku frá orkuverum án koltvíildislosunar. Einnig er talað um "blátt" vetni, sem unnið er úr jarðgasi með föngun og förgun kolefnis, og "grátt" vetni úr kolum með föngun og förgun kolefnis.

Notkun vetnis hefur verið umdeild frá Hindenburg-slysinu 1937, þegar loftfar fyllt vetni varð eldi að bráð með hrapallegum afleiðingum.  Síðan hefur vinnslu-, geymslu og nýtingartæknin þróazt, s.s. í Heimsstyrjöldinni síðari, í olíukreppum 1970-1979, og nú á 21. öldinni vegna hugmyndarinnar um nauðsyn þess að leysa jarðefnaeldsneyti sem fyrst af hólmi. Um 2050 er búizt við, að vetnisnotkun muni hafa dregið úr losun CO2 sem nemur 10 % af núverandi losun af mannavöldum eða um 4 mrdt CO2/ár eða 1/3 af núverandi losun Kínverja.

Notkunargildi vetnis verður mest, þar sem bein notkun rafmagns er ekki tæknilega fýsileg.  Það er í ýmsum framleiðsluferlum, þar sem nú eru notuð kol, kox eða jarðgas, t.d. við stálframleiðslu (8 % núverandi losunar), sementsframleiðslu og glergerð.  Þá mun "grænt" vetni koma í stað vetnis úr jarðgasi við áburðarframleiðslu. Þar sem tiltölulega lítill orkuþéttleiki rafgeyma í kWh/kg gerir þá ófýsilega, t.d. í stórum flutningafarartækjum, geta vetnisrafalar komið til greina, en hængurinn þar er lág nýtni.  Rúmlega 80 % raforku til hleðslutækis bílrafgeyma nýtist sem hreyfiorka fyrir bílinn, en aðeins um helmingur þeirrar nýtni næst með vetni, þegar reiknað er frá spennainntökum afriðlastöðva rafgreiningarinnar á vatni.

Þá er unnt að geyma vetni og grípa þar til orkuforða, þegar framboð raforku annar ekki eftirspurn.  Ástralía, Síle og Marokkó áforma að flytja vetni út með skipum.  Vetnisklasar eru í myndun á Humberside á Bretlandi og Rotterdam í Hollandi.

Meira en 350 stórverkefni á vetnissviði eru nú í gangi í heiminum og gæti uppsöfnuð fjárfesting 2021-2030 numið mrdUSD 500.  Morgan Stanley-bankinn áætlar, að árið 2050 muni sala vetnis nema 600 mrdUSD/ár. Það er 4 földun núverandi söluveltu, 150 mrdUSD/ár á 90 Mt af vetni, sem jafngildir núverandi einingarverði 1,7 USD/kg. Skammt er í, að Íslendingar gætu framleitt vetni á þessu verði, en þá er flutningurinn eftir. Grænt vetni verður verðlagt hærra en vetni úr jarðgasi án föngunar og förgunar CO2.

Yfir tylft landa hafa gert landsáætlun um öflun og nýtingu vetnis, þ.á.m. Bretland, Frakkland, Þýzkaland, Japan og Suður-Kórea, en Ísland er ekki þar á meðal, sem skýtur skökku við gríðarlegar áhyggjur ráðamanna hérlendis af koltvíildi í andrúmsloftinu og örvæntingarfullan áróður Landverndar fyrir yfirlýsingu stjórnvalda um neyðarástand í loftslagsmálum, sem væri algerlega út í hött hérlendis með einna stærstan hluta (85 %) orkunotkunar landsmanna úr sjálfbærum orkulindum af öllum löndum heims.  Neyðarástand mundi einungis hvetja til ofstækisfullra og vanhugsaðra aðgerða stjórnvalda á kostnað almennings.  

Talsvert hefur verið skrafað og skrifað um mögulega framleiðslu rafeldsneytis á Íslandi.  Sameiginlegt öllu rafeldsneyti er "grænt" vetni, sem bindst ýmsum öðrum efnum.  Rafeldsneyti verður í samkeppni við lífeldsneyti á borð við repju- og nepjuolíu.  Repju og nepju er hægt að rækta á Íslandi með góðum árangri og gjörnýta fyrir dísilvélar og sem fiskafóður.

Þann 26. október 2021 birtist í Morgunblaðinu greinin:

 "Rafeldsneyti - orkuskipti í samgöngum",

eftir Guðmund Pétursson, rafmagnsverkfræðing.  Þar stóð m.a. þetta: 

"Sumir telja einnig, að orkuskipti í samgöngum muni krefjast svo mikillar raforku og svo stórtækra virkjanaframkvæmda með neikvæðum umhverfisáhrifum, að það sé ekki verjandi.  Nefnd hefur verið talan 18 TWh/ár af raforku, sem svarar til um 2000 MW í vatsafli [eða jafnvel 2500 MW, hvort sem um vatnsafl eða jarðgufuafl er að ræða - innsk. BJo] eða jafnvel 5000 MW í vindafli [vegna lægri nýtingartíma uppsetts afls - innsk. BJo].  Það slagar hátt í allt, sem virkjað hefur verið á Íslandi hingað til [21 TWh/ár - innsk. BJo]. 

Ekki er ljóst, hvaða forsendur er hér verið að miða við.  Er átt við allar vegasamgöngur, skipin og flugvélarnar ?  Hvaða ártal ?  Svo stórar tölur hrella og geta valdið andófi gegn virkjanaframkvæmdum, einkum vegna sjónarmiða náttúruverndar.  Einnig er nefnt, að það muni sáralítið um slíkt framlag okkar á heimsvísu; hlutur Íslands sé svo örsmár.  Mikilvægt er þó, að við verðum hrein og sýnum heiminum gott fordæmi." 

Hverjir eru þessir "sumir", sem kastað hafa fram virkjanaþörfinni 18 TWh/ár til orkuskiptanna án útskýringa ?  Höfundur þessa vefpistils hefur ekki hugmynd um það, en finnst líklegt, að þeir miði við 2050, árið, sem ætlunin er, að til Íslands þurfi ekki lengur að berast jarðefnaeldsneyti, og að "sumir" áætli talsvert mikla orkuþörf til vetnisframleiðslu til útflutnings á einu eða öðru formi. 

Sé hins vegar öll olíunotkun landsmanna (að millilandaskipum og millilandaflugvélum meðtöldum) og kolanotkun 2019 umreiknuð til raforkuþarfar, lætur nærri, að virkjanaþörfin nemi 9 TWh/ár og að 20 árum liðnum (2040 - ár kolefnisjafnaðar) er óvarlegt að gera ráð fyrir minna en 3 TWh/ár til viðbótar fyrir fólksfjölgun og framleiðsluaukningu, þ.e. alls 12 TWh/ár árið 2040.  Sú orka fæst auðveldlega úr núverandi nýtingarflokki og hluta biðflokks Rammaáætlunar (óafgreidds 3. áfanga). Á hitt ber að líta, að lífeldsneyti mun draga úr þörf á rafeldsneyti og þar með raforkuþörf, þótt raforku þurfi til framleiðslu lífeldsneytis einnig. 

"Vafalaust þarf að virkja talsvert meira [en hvað ?] hér til að gera heildarorkuskipti möguleg - og jafnvel útflutning rafeldsneytis - a.m.k. ef stóriðjan heldur velli hér áfram.  Við eigum enn góða möguleika á því og ráðum vel við að virkja á viðunandi hátt af fulltri tillitssemi við náttúruna og framtíðina. Land undir virkjanir og orkumannvirki er og verður aldrei nema örsmátt brot af landflæmi Íslands og hinum ósnortnu víðernum.  Engum dettur lengur í hug að virkja náttúruperlur !" 

Það er einkennilega til orða tekið að skrifa "ef stóriðjan heldur velli áfram", þegar ljóst er, að hún er hluti af lausninni og starfsemi hennar á Íslandi er raunverulega stærsta framlag Íslendinga til þess, að koltvíildisstyrkur andrúmslofts skuli ekki vera enn hærri en ella. Breytingaskeiðið úr jarðefnaeldsneyti yfir í sjálfbærar orkulindir mun einkennast af fremur háu orkuverði, og á meðan svo er, er það gagnkvæmur hagur Íslendinga og eigenda orkukræfra iðjuvera að treysta og efla starfsemi þeirra hérlendis. 

Eitt af því, sem mælir gegn vindorkuverum hvarvetna, er mikil landrýmisþörf fyrir raforkuvinnslu í ha á MWh/ár.  Hún er miklu meiri en fyrir hinar hefðbundnu íslenzku vatnsafls- og jarðgufuvirkjanir.  Þegar Skipulagsstofnun, Náttúrufræðistofnun eða Umhverfisstofnun mæla gegn hefðbundnum íslenzkum  virkjunum vegna hagsmunaárekstra við ferðamennsku, þá stangast slíkt á við reynsluna, því að þessar virkjanir eru vinsælir áfangastaðir ferðamanna. Á stofnununum liggur á fleti fyrir fólk gildishlaðins (óhlutlægs) mats, sem beitir fyrirslætti án þess að virða fyrir sér heildarmyndina.  Flestir ferðamenn  forðast hins vegar vindorkuver vegna lýta og óþægilegrar hávaðamengunar. 

Þá víkur Guðmundur Pétursson að metani, sem er vannýtt hérlendis, en gæti átt sér talsverðan markað hér í vinnuvélum og stórum farartækjum, þar sem það hefur háan orkuþéttleika, 13,9 kWh/kg (benzín 11,3 kWh/kg) og hægt að vinna úr ruslahaugum og í jarðgerðarstöðvum og nýta sem eldsneyti eða í rafeldsneyti:

"Þetta vandamál [viðbótar orkuþörf til hitunar í rafmagnsfartækjum knúnum frá rafgeymum - innsk. BJo] er hins vegar ekki fyrir hendi í metanfarartækjum.  Þar verður til nægur varmi til hitunar, eins og í venjulegum bensín- eða díselbíl. Vandséð er líka, hvers vegna Strætó ætti ekki að nýta metan frá eigin framleiðslu sveitarfélaganna í Sorpu/GAJA til að knýja vagna sína og fleiri farartæki.  Það gera þeir hjá SVA á Akureyri frá sinni litlu "sorpu" þar.  Norðurorka knýr einnig alla sína bíla með metani. 

Notkun fljótandi metans á þungaflutningabíla fer nú vaxandi víða í Evrópu, þar sem þeir komast mjög langt (1500 km) á einni fyllingu.  Á því sviði þurfum við að taka okkur á og gera það einnig mögulegt hér.  Byggja þarf upp viðeigandi dreifikerfi. 

Íslenzk skip má einnig hæglega knýja með innlendu rafeldsneyti í framtíðinni, og er nú þegar byrjað á því annars staðar (Stena Line t.d.).  Ísland gæti orðið fyrirmynd annarra á þessum vettvangi.  Fullþróuð tækni til notkunar á metani í bílum og skipum er nú þegar fyrir hendi, bæði fyrir fljótandi metan og gas."

Það er hægt að taka undir það, að metan ætti að nýta nú þegar á sviðum, þar sem það er samkeppnishæft, og með núverandi verði á dísilolíu er það sennilega samkeppnishæft, t.d. á vinnuvélum og vörubílum, en fyrst þarf að tryggja nægt framboð og verðstöðugleika. 

Aftur að vetninu, framleiðslu og nýtingu þess.  Megnið af núverandi 90 t/ár er framleitt við bruna jarðefnaeldsneytis, lofts og gufu saman, ferli, sem nú notar 6 % af árlegri jarðgasþörf og 2 % af kolaþörfinni.  Við vinnsluna verða til meira en 800 Mt/ár af CO2, sem er svipað og losun Þýzkalands núna.  Þetta vetni er notað í olíuhreinsistöðvum, til framleiðslu metanóls fyrir plastframleiðslu og til ammóníakframleiðslu.  Iðnaðarammóníakið er notað í framleiðslu á tilbúnum áburði o.fl. 

Til að leysa þessa framleiðsluaðferð af hólmi og þróa nýja notkun á vetni eru um 350 verkefni í gangi um þessar mundir, sem útheimta munu fjárfestingar frá hinu opinbera og einkageiranum að upphæð um mrdUSD 500 tímabilið 2021-2030, eins og áður er getið. Mikil þróun og veltuaukning á sér nú stað á framleiðslubúnaði græns vetnis, svo að BloombergNEF áætlar, að framleiðslukostnaður árið 2030 verði um 2 USD/kg (um 1/5 af núverandi kostnaði víða með rafgreiningu).  Morgan Stanley er bjartsýnni og telur, að á stöðum með hagkvæmar endurnýjanlegar orkulindir, t.d. í Norður- og Suður-Ameríku (og á Íslandi), verði kostnaðurinn kominn niður í 1 USD/kg 2023-2024. 

Hlutverk vetnis í flugi og siglingum er í deiglunni.  Fyrir stuttar ferðir gætu rafgeymar verið brúklegir, en vetnisrafalar geta veitt rafgeymunum samkeppni.  ZeroAvia, sprotafyrirtæki á vegum British Airways og Jeff Bezos, stofnanda Amazon, útfærði fyrsta vetnisrafalaknúna flugið með farþegaflugvél haustið 2020 á Bretlandi.  Ferjufyrirtæki í Noregi og á vesturströnd Bandaríkjanna gera nú tilraunir með vetnisrafala í ferjum á stuttum leiðum. 

Airbus leitar nú lausna til að knýja flugvélar sínar með vetni.  Boeing lítur meir til ammóníaks úr "grænu" vetni (orkuþéttleiki 5,2 kWh/kg), sem gæti líka hentað stórum skipum, þótt rafeldsneyti með kolefnisinnihaldi þyki nú líklegra.  

Bretar ætla að breyta kötlum í húsum sínum, sem nú brenna jarðgasi, í vetniskatla.  Þar og víðar gæti orðið markaður fyrir grænt vetni frá Íslandi.  

 

 

 

 

 

Athugasemdir

[Hörður Þormar, 10.11.2021 kl. 17:15]

Bragi Árnason var einhverju sinni að velta fyrir sér þeim möguleika að fanga útblásturinn frá járnblendiverksmiðjunni og nota hann sem hvarfefni, ásamt vetni, við framleiðslu á rafeldsneyti. Hann innihéldi kolmónoxíð, CO sem væri hentugra til þessarar framleiðslu heldur en CO2.

[Bjarni Jónsson, 10.11.2021 kl. 18:33]

Prófessor Bragi var á undan sinni samtíð.  Mér þótti hann kenna efnafræðina vel í Verkfræðideildinni.  Það mun líka vera CO í strompum álvera, en vandinn við það er hvarfgirnin yfir í CO2. 

[Birgir Loftsson, 11.11.2021 kl. 21:22]

Góð grein.