Brintsamfund - grøn energi

Brint skal farve Europa helt grønt

Hvis vi vil gøre os fuldstændig fri af de fossile brændsler, er vedvarende energikilder som sol og vind ikke nok. Derfor har EU en plan: Brint skal fjerne de sidste sorte pletter på landkortet og gøre Europa 100 procent grønt i 2050.

Hvis vi vil gøre os fuldstændig fri af de fossile brændsler, er vedvarende energikilder som sol og vind ikke nok. Derfor har EU en plan: Brint skal fjerne de sidste sorte pletter på landkortet og gøre Europa 100 procent grønt i 2050.

Shutterstock & Lotte Fredslund

Landsbyen Cappelle-la-Grande ligner enhver anden i det nordlige Frankrig. Men den er noget helt specielt, for i rørledningerne under gaderne suser ikke bare naturgas, men også brint, som er skabt af energi fra vindmøller og solceller.

Ligesom naturgassen fyres den af i landsbyens kraftværk, som leverer strøm, fjernvarme og varmt vand til de knap 8000 indbyggere.

Ved at erstatte en del af naturgassen med grøn brint elimineres syv procent af landsbyens udslip af CO2. Det lyder ikke af meget, men der er tale om det første skridt mod totalt at udfase kul, olie og naturgas.

Brintsamfundet bliver den største energirevolution siden industrialiseringen.

Den franske landsby er dermed et forsøgslaboratorium, som viser, hvad grøn brint vil betyde for vores energiforsyning i de kommende årtier, og hvordan vi kommer frem til EU’s ultimative mål: et helt grønt Europa i 2050.

Brintsamfundet bliver den største revolution af vores energiforsyning, siden kul satte gang i industrialiseringen.

Sol og vind skal lægges på lager

Brint er både det simpleste og det almindeligste grundstof i universet, og vi har derfor også adgang til det i ubegrænsede mængder.

Brint indgår i et utal af kemiske forbindelser, fx vand, og den nemmeste måde, vi kan skaffe ren brint på, er netop ved at isolere den fra ilten i vandmolekyler. Processen, som kaldes elektrolyse, går helt enkelt ud på at sende strøm gennem vandet via to elektroder.

Strømmen splitter vandmolekylerne i brint og ilt, som i gasform samles ved hver deres elektrode. På den måde kan vi lægge den strøm, vi får fra vindmøller og solceller, på lager, til vi får brug for den. Og det er helt afgørende, hvis vi vil basere vores energiforsyning på de vedvarende kilder.

Brintsamfund elektrolyse

Kernen i brintsamfundet er elektrolyse, hvor strøm fra vedvarende energikilder spalter vand (H2O), så resultatet bliver ren ilt (O2) og ren brint (H2).

© Shutterstock & Lotte Fredslund

Svagheden ved sol- og vindenergien er, at den i sagens natur er ustabil. Når solen skinner, og vinden blæser, har vi rigeligt af den, mens der på overskyede og vindstille dage er for lidt.

Hvis vi jævner forskellen ud ved at gemme strømmen i form af brint, kan vi sikre en stabil elforsyning uden at supplere med energi fra fossile brændsler.

Men selvom vi på denne måde forsyner alle vores biler, boliger, butikker, kontorer og virksomheder med grøn strøm, fjerner vi kun 80 procent af nutidens CO2-udslip.

Tungere industri som cementfabrikker, stålværker og glasværker har fortsat brug for høj varme, som el ikke kan levere. Til gengæld kan den skaffes ved at fyre grøn brint af i gasturbiner.

Desuden er nutidens produktion af plast, kunstgødning og mange industrikemikalier baseret på olieprodukter og naturgas. Også her kan brintproduktion med nye elektrolysemetoder løse problemet, ligesom den vil kunne give os grønt brændstof til fly.

Elektrolyse giver os ren brint og grønne produkter

Strøm fra sol og vind kan spalte vand til ilt og brint. Hvis CO2 pumpes ind i vandet, skaber elektrolysen klimaneutrale brændstoffer. Og hvis kvælstof tilføres processen, bliver resultatet grøn kunstgødning.

Brintsamfund brint energilager
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Strøm fra sol og vind omsættes til brint

I store elektrolyseanlæg skal ren strøm fra vedvarende energikilder som sol og vind spalte vandmolekyler i ilt (O2) og brint (H2). Brinten bliver et energilager, vi kan tære på i de perioder, hvor de vedvarende kilder ikke giver tilstrækkelig strøm.

Brintsamfund drivhusgas grønt brændstof
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Drivhusgas bliver til grønt brændstof

CO2 fra kraftværker eller direkte fra atmosfæren kan blive en klimavenlig ressource. Elektrolyseanlægget splitter vand og CO2 i atomer, hvorpå kulstof og brint samler sig i kulbrintekæder til fx benzin eller jetbrændstof (C10H22).

Brintsamfund kvælstof grøn kunstgødning
© Shutterstock & Lotte Fredslund

Kvælstof fra luften bliver til grøn kunstgødning

Den grønne brint fra elektrolyse af vand kan også reagere med kvælstof (N2) fra luften. Resultatet er ammoniak (NH3), som bl.a. bruges til kunstgødning. I dag fremstiller vi ammoniak ud fra naturgas i en energikrævende proces.

Med alle disse tiltag får vi brug for meget mere brint end den, vi kan producere ud fra den overskudsstrøm, vi har på solrige og vindblæste dage. Hvis brintsamfundet skal realiseres fuldt ud i 2050, bliver det nødvendigt at dedikere en femtedel af vores samlede elproduktion til elektrolyse.

Brint klarer den tunge transport

For nogle år siden så det ud til, at brintsamfundet ville begynde med brintbiler, som har længere rækkevidde end elbiler og hurtigt kan tankes op. I dag satser især Japan, Sydkorea og Kina på brintbilerne, og tilsammen regner de asiatiske lande med at nå op på et par millioner brintdrevne personbiler i 2030.

Brintsamfund blå Toyota

Brintdrevne biler har langt større rækkevidde end elbiler. Rekorden er sat af Toyota Mirai. Den kørte 1360 km på en optankning, som kun tog fem minutter.

© Toyota

På trods af brintbilernes fordele tyder alt på, at det er elbilerne, som løber af med sejren i Europa. Elbiler udnytter grøn strøm mere effektivt, fordi strømmen ikke skal omsættes til brint og tilbage igen.

Desuden har forbedrede batterier givet elbilerne en praktisk rækkevidde på 300-550 kilometer, hvilket er tilstrækkeligt for de fleste bilister.

I en ny brintstrategi vurderer EU dog, at brint er det bedste grønne drivmiddel til tung transport med store lastbiler, hvor der er god plads til brinttanke og de brændselsceller, som omsætter brintens energi til strøm til elmotoren.

Brint er også velegnet til bybusser samt til tog på lokalbaner, hvor det er for dyrt at opsætte køreledninger. Derudover har rederiet DFDS ambitioner om at udvikle en brintdrevet færge, som skal sættes ind på ruten mellem København og Oslo.

Brintsamfund DFDS brintfærge

Rederiet DFDS har planer om at udvikle en brintfærge drevet af brændselsceller, som kan levere helt op til 23 megawatt. Hvis det lykkes, vil færgen blive et ikon for brintteknologien.

© DFDS/Shutterstock

En anden lovende anvendelse er gravkøer og kraner i byggeriet og tunge maskiner i landbruget og skovdriften. De store arbejdskøretøjer bruger så meget energi, at el ikke rækker, fordi batterierne hurtigt bliver flade, og opladning af dem tager for lang tid.

Transport- og byggesektoren er dermed også vigtige områder, hvor brint kan lukke de sorte huller i vores energinet.

Et centralt element i EU’s brintstrategi er hurtigt at skabe et marked for grøn brint, som skal drive den teknologiske udvikling fremad.

Derfor undersøger Frankrig, Tyskland, England, Italien, Holland og Danmark nu mulighederne for at blande brint i de eksisterende naturgasnet ligesom i den franske landsby Cappelle-la-Grande.

Analyserne tyder på, at simple ombygninger af nettene gør det muligt at blande 20 procent brint i naturgassen. Brint har en lavere brændværdi end naturgas, så 20 procent grøn brint vil nedsætte CO2-udslippet fra de gasfyrede kraftværker med 15 procent.

På sigt er målet langt mere ambitiøst. Fra 2030 kræver EU, at alle nye gasturbiner til kraftværker skal kunne fyre med ren brint.

Blå brint starter udviklingen

I de næste årtier, mens produktionen af grøn brint gradvist mangedobles i Europa, kan såkaldt blå brint fra Norge spille en vigtig rolle for omstillingen af gasnettene, kraftværkerne og den tunge industri.

Blå brint fremstilles ud fra naturgas på vanlig vis, men med en afgørende forskel. CO2 fra processen indfanges og begraves under havbunden, så drivhusgassen ikke slipper ud i atmosfæren og belaster klimaet.

Det statsejede norske energiselskab Equinor planlægger nu en rørledning fra en brintfabrik på land til et depot i undergrunden ved det store gasfelt Troll, hvor deponering af CO2 fra fremstillingen af blå brint starter i 2024.

Equinor vurderer, at 95 procent af CO2-udslippet fra brintproduktionen vil blive indfanget og begravet 2600 meter under havbunden.

I begyndelsen skal den blå brint transporteres til kraftværker og stålværker i England, Tyskland, Belgien og Holland med tankskibe, men Equinor undersøger allerede nu mulighederne for at anlægge en undersøisk rørledning, som skal føre brinten til Europa.

80 procent af energien i grøn strøm kan i dag omsættes til brint.

Sideløbende med, at den blå brint udbredes, får forskerne travlt med at udvikle nye anlæg til produktionen af den grønne brint, så den bliver mere effektiv og billigere.

Samtidig skal brintfabrikkernes størrelse mangedobles, så de ikke blot kan omsætte få megawatt strøm til brint, men håndtere flere gigawatt fra Europas store havvindmølleparker og solcelleanlæg.

Nye fabrikker gør brinten billigere

I dag er de såkaldte PEM-elektrolyseceller mest effektive og omsætter 80 procent af strømmens energi til brint, hvilket ventes at stige til 86 procent inden 2030.

I England bygger konsortiet Gigastack nu verdens hidtil største elektrolyseanlæg, som skal omsætte 100 megawatt strøm fra havvindmøller til grøn brint. Det svarer til elforbruget i 100.000 husstande.

Anlægget skal bestå af 20 moduler, som hver især kan håndtere fem megawatt. Modulopbygningen betyder, at det fremover bliver nemmere at bygge elektrolyseanlæg i forskellige størrelser, og Gigastack vurderer, at industriel produktion af modulerne vil høvle 40 procent af prisen.

Brintsamfund elektrolyseanlæg England

I England åbner Gigastack i 2025 et modulopbygget elektrolyseanlæg til produktion af grøn brint. Anlægget skal kunne håndtere 100 megawatt strøm, som leveres af havvindmøller.

© Gigastack

I dag koster grøn brint to-fire gange mere end sort brint fra naturgas, men EU forventer, at den grønne brint allerede i 2030 bliver økonomisk konkurrencedygtig i regioner med adgang til billig strøm.

Efterhånden som produktionen af brint stiger, skal der findes steder at oplagre den. Her kommer vores undergrund os til hjælp. Brinten kan i gasform opbevares i hulrum i såkaldte salthorste en kilometer under jordoverfladen.

Salthorste er nærmest ballonformede formationer, som på grund af saltets lave vægtfylde bliver presset opad mod overfladen. Metoden har siden 1970’erne været anvendt i USA og England til at lagre sort brint til brug på raffinaderier.

Geologiske undersøgelser viser, at lagerkapaciteten i Europas undergrund er rigelig til at skabe et robust energisystem, når hele elproduktionen i 2050 baseres på grønne energikilder.

Om 30 år har vi med stor sandsynlighed også løst problemerne med de sorte huller i vores energiforbrug, som en grøn elforsyning ikke kan dække. Det gælder ikke mindst flydende brændstoffer til fly og store skibe, hvor batterier ikke rummer energi nok i forhold til deres vægt og volumen.

CO2 bliver en ny ressource

En ny type elektrolyseceller kan klare opgaven. Tricket går ud på at forvandle drivhusgassen CO2 til en ressource.

Hvis vi pumper CO2 gennem elektrolysecellerne sammen med vand, vil strømmen spalte alle molekylerne til atomer. Ilt fra reaktionen sendes ud af cellen, mens kulstoffet og brinten samler sig til kulbrinter som jetbrændstof eller metanol.

I de nærmeste årtier kan vi rense drivhusgassen ud fra skorstenene på kraftværker, hvor CO2 typisk udgør 15 procent af røggassen.

Senere, når vi ikke længere har CO2 -udledning fra kraftværkerne, kan vi trække drivhusgassen direkte ud af almindelig luft, hvor koncentrationen kun er på 0,04 procent.

Til gengæld har metoden den fordel, at vi kan bygge CO2 -sugerne hvor som helst, fx ved de kyster, hvor elkabler sender store mængder strøm fra havvindmølleparker i land.

Containerskibe får grøn metanol

Uanset om vi bruger CO2 fra kraftværker eller fra atmosfæren, bliver de producerede brændstoffer klimaneutrale, fordi de kun rummer kulstof, som enten var i atmosfæren i forvejen, eller som ellers ville blive sendt ud i luften.

Indtil videre er denne type grønne CO2-brændstoffer kun produceret i små forsøgsanlæg, men det vil det danske energiselskab Ørsted lave om på. Senest i 2027 skal CO2 fra Avedøreværket ved København omdannes til jetbrændstof til fly og metanol til skibsfarten.

Brintsamfund Avedøreværk

I 2027 skal CO2 suges ud af røgen på Avedøreværket i København. Via elektrolyse vil drivhusgassen blive omdannet til grønt brændstof til fly og til metanol, som kan erstatte dieselolie i skibe.

© Thomas Vilhelm/Ritzau Scanpix

Verdens største containerrederi, Mærsk, har allerede givet tilsagn om at aftage 500.000 tons grønt skibsbrændstof om året.

Energiøer leverer hele pakken

I dag dækker fossile brændstoffer 72 procent af Europas samlede energiforbrug, så hvis vi skal helt af med dem i kraftværkerne, transportsektoren og industrien, skal vi øge den grønne elproduktion dramatisk.

Den klimaneutrale strøm vil komme fra et miks af sol- og vindenergi, vandkraft, biomasse og atomkraft. Hovedleverandørerne bliver store solcelleanlæg i det sydlige Europa og havvindmølleparker i Nordsøen.

Midt i århundredet skal havvind stå for en fjerdedel af Europas grønne strøm svarende til 450 gigawatt, hvilket er mere end en tyvedobling af havmøllernes nuværende produktion. Det mål kan vi nå ved at ved at anlægge kunstige energiøer, som gør det muligt at bygge og servicere rekordstore havvindmølleparker langt fra kysten, hvor vindforholdene er optimale.

Danmark bliver klar med verdens første kunstige energiø i 2033. Den kommer til at ligge 80 kilometer ud for den jyske vestkyst, hvorfra den skal levere grøn strøm til Danmark, Norge, Tyskland og Holland via undersøiske elkabler.

Brintsamfund Nordsøen kunstig energiø

I 2033 vil en kunstig energiø i Nordsøen forsyne tre millioner hjem med vindmøllestrøm. Overskydende strøm kan bl.a. bruges til at producere ammoniak, som skibe fragter til fastlandet.

© Energistyrelsen

Øen skal hvile på sandfyldte sænkekasser af beton, og den får et areal på 120.000 kvadratmeter og en produktionskapacitet fra de omgivende havmøller på tre gigawatt – nok til at forsyne 3,3 millioner husstande.

Senere udvides øen til 425.000 kvadratmeter svarende til 64 fodboldbaner, og elproduktionen stiger til ti gigawatt.

Energiøen kommer til at rumme sit eget elektrolyseanlæg, som både vil kunne omsætte den periodiske overskudsstrøm til grøn brint og til brintbaserede produkter. Et oplagt valg vil være grøn ammoniak til kunstgødning, som elektrolyseanlæg kan producere med kvælstof fra luften.

Nyt brintnet forbinder Europa

I de følgende årtier vil Nordsøen få flere energiøer, som forsyner Europa med strøm og brint. Til den tid bliver det rentabelt at anlægge undersøiske rørledninger, som bringer brinten i land, hvor den transporteres videre gennem et nyt brintnet på kryds og tværs af kontinentet.

I 2040’erne er det realistisk, at Europa har et brintnet med store rørledninger, som går fra Norge i nord via Danmark og Tyskland til Italien og Spanien i syd. En tværgående arm vil løbe fra Frankrig i vest gennem Holland, Belgien og Tyskland til Polen i øst.

Nettet bliver en energimotorvej, som leverer brint til de mindre rørsystemer i nationale net, og som samtidig modtager brint fra alle dele af Europa og fra andre dele af verden.

Hele verden bliver brintbaseret

På globalt plan vil tankskibe transportere flydende brint fra områder med en stor grøn elproduktion til lande, som ikke selv kan dække deres energibehov – på samme måde som olietankere krydser verdenshavene i dag.

Skibene vil bl.a. fragte den grønne brint fra gigantiske solcelleanlæg i Australien til det energihungrende Japan.

Brintsamfund tankskib med flydende brint

Nutidens olietankere vil de kommende årtier blive afløst af tankskibe ladet med flydende brint. Skibenes egne motorer vil selvfølgelig også være drevet af grønne brændstoffer skabt med elektrolyse.

© Shutterstock

Alle teknologierne til at skabe en klimaneutral verden baseret på sol, vind, strøm og brint eksisterer allerede, men i praksis vil det kræve en gigantisk indsats at udfase de fossile brændstoffer på blot tre årtier og undgå en katastrofal opvarmning af kloden.

Hvis det lykkes, kan borgerne i Cappelle-la-Grande med med god ret skåle i fransk rødvin og opsætte en mindeplade på torvet med ordlyden: “Brintsamfundet begyndte lige her under gaderne i vor lille by.”