2 Hva er hydrogen?
Hydrogen er et grunnstoff med symbolet H. Hydrogen som gass er en kjemisk forbindelse mellom to hydrogenatomer, H2. Når vi omtaler hydrogen i strategien er det denne forbindelsen som menes. H2 er en meget reaktiv gass og finnes ikke i ren form i naturen, men som ledd i kjemiske forbindelser, eksempelvis med oksygen for å danne vannmolekyler (H2O).
Hydrogen fremstilles i hovedsak på to ulike måter - enten ved reformering av naturgass eller ved vannelektrolyse. Avhengig av hvordan hydrogenet er produsert, har det ulikt klimagassutslipp. I bransjen brukes ofte betegnelsene grått, blått og grønt hydrogen, avhengig av produksjonsmetoden. Grått hydrogen er fremstilt fra naturgass, uten karbonfangst og lagring (CCS). Dette gir klimagassutslipp. Blått hydrogen er produsert fra naturgass, men med CCS. Grønt hydrogen er produsert fra fornybar elektrisitet (elektrolyse) og medfører ikke klimagassutslipp.
Den norske regjeringen satser på en produksjon av både på blått og grønt hydrogen, mens eksempelvis EU prioriterer grønt hydrogen. Basert på teknologi så er storskala produksjon av både blått og grønt hydrogen mulig. Utfordring ved produksjon av blått hydrogen er knyttet til fangst og lagring av CO2 (CCS). I Norge er ett av to kjente lagringingsfelt i Barentshavet.
Grønt hydrogen vil kunne produseres først, men blått hydrogen vil nok raskest være aktuell i stor skala. I en rapport fra EU (Clean energy – an EU hydrogen strategy) framkommer det at blått hydrogen antas å være aktuelt i stor skala fra 2030, mens grønt hydrogen vil overta markedet fra 2050.
- Grønt hydrogen: Fra fornybar energi, produsert ved elektrolyse
- Blått hydrogen: Fra naturgass med CO2 fangst og -lagring (CCS)
- Grått hydrogen: Fra fossile energikilder uten CO2-fangst
Figur 2 Fra Evig Grønn Statusrapport for hydrogen
Hydrogen kan brukes som energibærer, og kan lagre energi omtrent som et batteri. Hydrogen kan erstatte diesel og gi reduksjon av klimagassutslipp. Ved produksjon av hydrogen skjer et energitap på ca 40%. Dette medfører at i de tilfeller det er mulig å enten koble seg direkte til strømforsyning, eller bruke batteri, så vil det sannsynligvis være å foretrekke. Hydrogen anbefales med andre ord i de tilfellene der batteri ikke er egnet. Som mulighetsstudien viser er dette eksempelvis i tungtransport, maritim transport og fly.
Hydrogen er i utgangspunktet en gass som er svært plasskrevende å lagre. For å gjøre det enklere å lagre og bruke gassen så blir den bearbeidet. Gassen kan komprimeres (CH2) eller den kan gjøres flytende (LH2). Hydrogen blir flytende ved temperaturen -253 grader celsius. I den senere tid er det også mange som ser på muligheten for å omgjøre hydrogen til ammoniakk (NH3). En av fordelene ved omgjøring til ammoniakk er at ammoniakk blir flytende allerede ved -33 grader celsius og har større volumetrisk energitetthet. Dette betyr at det trengs mindre plass ved lagring. I tillegg er teknologien for lagring godt kjent, og den er ikke eksplosiv. Bakdelen er blant annet at ammoniakk er giftig og lite reaktiv, som medfører at den er vanskelig å brenne i motorer. Brenselcelle for ammoniakk er heller ikke «hyllevare», slik den er for hydrogen. I mulighetsstudiet er det beskrevet case knyttet til ammoniakk.
Den teknologiske utviklingen innen hydrogen og ammoniakk skjer svært raskt, noe som medfører at forutsetningene både for hva som er mulig, og hva som er lønnsomt endrer seg. I en verdikjede for hydrogen vil elementene energikilde, produksjon, lagring, transport, distribusjon og sluttforbruk inngå. Figuren nedenfor illustrerer dette.
Figur 3 Verdikjede for hydrogen, fra Meld. St 36 Energi til arbeid.
Verdikjeden vil involvere mange aktører direkte i de ulike leddene - eksempelvis produksjon av hydrogen og drift av fyllestasjoner. I tillegg vil det være en rekke aktører som indirekte blir involvert, eksempelvis utdannings og forskningsinstitusjoner, kommuneadministrasjon, politikere og tilstøtende næringsliv.
For å skape størst mulig lokale ringvirkninger er det viktig at aktiviteter i hele verdikjeden skjer lokalt. I mulighetsstudien framkommer det at produksjon av 1000 tonn hydrogen gir 1 arbeidsplass. Dersom hydrogenet i tillegg videreforedles og forbrukes i regionen skapes 6 arbeidsplasser.
2.1 Sikkerhet
Ved håndteringen av hydrogenbaserte energibærere må sikkerheten settes i høysetet. Hydrogen er svært brennbart og meget lett antennelig. Hydrogenmolekylet er det minste, og kan dermed slippe ut gjennom mikroskopiske sprekker, noe som stiller store krav til hydrogentanker.
Hydrogen er videre det hyppigst forekommende elementet i universet, er ugiftig og ikke-etsende og således ikke forurensende som bensin og diesel. Hydrogen er en lett gass med lav vektfylde og må komprimeres eller gjøres flytende for å øke lagringskapasiteten og redusere volumet på tankene.
Hydrogen omdannet til ammoniakk løser flere av sikkerhets- og lagringsutfordringene. Håndteringen av ammoniakk har dog sine egne sikkerhetsmessige utfordringer. Ammoniakk er karbonfritt, ikke lett brannfarlig, og kan lagres som en komprimert væske ved moderat trykk (10 bar ved 25°C) eller som komprimert gass. Ammoniakk er giftig og eksponering for ammoniakk kan være dødelig ved innånding ved høye konsentrasjoner.
Disse sikkerhetsaspekter må håndteres i alle fasene av hydrogenens livssyklus: produksjon, lagring, transport og bruk. Selv om hydrogen er et veldig kjent stoff, kan det oppstå nye farer når det brukes i nye applikasjoner og teknologier, som for eksempel fyllestasjoner. I 2019 var det 470 fyllestasjoner i drift i verden, med flest i Japan (113) hvorav mange er installert i overfylte byområder. I perioden 2005-2014 er det bare skjedd en ulykke.
Det kan konkluderes med at hydrogen har både fordeler og ulemper fra et sikkerhetsperspektiv i forhold til konvensjonelle drivstoff. Det kan være like trygt som andre drivstoff (f.eks. hydrokarboner) hvis flere aspekter som materialvalg, sikkerhetsinnretninger, unngåelse av tenningskilde vurderes under både design og driftsfaser av hydrogenteknologier.