Grøn Brint Produktionsløsning

Generelt kan brint bruges som brændstof på to hovedmåder. Det kan brændes for at producere varme, eller det kan føres ind i en brintbrændselscelle for at generere elektricitet. Den gode nyhed er, at når blåt eller grønt brint er blevet produceret, har det en række forskellige anvendelser:
Transportere:Brint bruges allerede til brændstof til busser og andre former for offentlig transport, især i Japan. Det kan også bruges til at drive fragtbiler og tog, mens brintbaserede brændstoffer som ammoniak kan bruges i luftfart og skibsfart. En mere udbredt brug af brint til at drive køretøjer vil afhænge af, at prisen på brintbrændselsceller bliver billigere og brinttankstationer bliver mere almindelige.

Strømproduktion:Brint kan bruges til at omdanne vedvarende energikilder til et brændstof, der derefter kan lagres og transporteres over lange afstande. Brint og ammoniak kan også bruges i gasturbiner og kulfyrede kraftværker for at reducere deres emissioner.

Opvarmning af bygninger:Brint har et enormt potentiale til at erstatte naturgas til opvarmning af bolig- og erhvervsbygninger via eksisterende naturgasinfrastruktur. Brintkedler og indenlandske brintbrændselsceller kræver yderligere udvikling, men kan spille en vigtig rolle i fremtiden.

Industri:Brint bruges i dag i en lang række vigtige industrielle processer. Disse omfatter raffinering af benzin, fremstilling af stål, behandling af metaller og fremstilling af en række kemikalier.

I modsætning til grå brint er grøn brint fuldt fornyelig i både sit kildemateriale og sin energiforsyning. For kildemateriale genereres grøn brint i dag typisk fra vand gennem en proces kendt som elektrolyse, som bruger en elektrisk strøm til at opdele vand i dets komponentmolekyler af brint og oxygen. Dette gøres ved hjælp af en enhed kaldet en elektrolysator, som bruger en katode og en anode (positivt og negativt ladede elektroder). Denne proces producerer kun ilt - eller damp - som et biprodukt. Med hensyn til energiforsyning, for at kvalificere sig som "grøn brint", skal kilden til elektricitet, der bruges til elektrolyse, stamme fra vedvarende energi, såsom vind- eller solenergi.

Der er tre hovedtyper af elektrolysatorer:Alkalisk, protonudvekslingsmembran (PEM) og fast oxid. Disse varierer i arten af ​​det anvendte elektrolytmateriale. Alkaliske elektrolysatorer anvender en vandig opløsning med et alkalisk-lignende salt for at muliggøre elektrisk ledningsevne, mens PEM-elektrolysatorer bruger en solid polymermembran (elektrolyt). Elektrolysatorer med fast oxid bruger fast keramisk materiale som elektrolyt, hvilket gør dem i stand til at fungere ved højere elektrisk effektivitet og meget højere temperaturer. Dette tillader brugen af ​​damp og ekstern varme som energikilder i stedet for at være afhængig af elektricitet. Elektrolyse af fast oxid muliggør således væsentligt lavere driftsomkostninger, da varme typisk er billigere og undertiden produceres naturligt som et biprodukt af visse industrielle processer.

For år siden blev brint kun set som en løsning for udviklingen af ​​grønnere køretøjer. Efterhånden som elektriske køretøjer har fået mere trækkraft, bliver brint i stigende grad set som en løsning for andre industrier.

Efterspørgslen efter brint fortsætter med at stige, efterhånden som dets anvendelse udvides på tværs af industri- og fremstillingsindustrier til en række forskellige formål, herunder olieraffinering, stålfremstilling og cementproduktion. Men efterhånden som brints popularitet vokser, kan betydningen af ​​grøn brint ikke overvurderes. Alarmerende nok er 98 % af brint fremstillet af fossile brændstoffer uden nogen regulering af kuldioxidemissioner eller regler. Men grøn brint har potentialet til at ændre det - for altid.

Fra kommerciel planteproduktion til røg til benzin- og dieseldrevne bilers udstødningsgas reducerer eller eliminerer produktionen af ​​grøn brint behovet for fossile energikilder, der frigiver store mængder kuldioxid til luften. I datacenterindustrien, når lagersystemer udvikler brint, kan det bruges i stedet for dieseldrevne backup-generatorer til at give energi til fremtidige datacentre. Som et resultat er der masser af fordele ved grøn brint, hvilket giver regeringer og organisationer mulighed for at styrke den nationale energisikkerhed, spare brændstof, reducere de samlede emissioner og diversificere transportenergimulighederne fra biler til ekspansive offentlige transitsystemer.

Grøn brintteknologi kunne ikke være blevet introduceret på et bedre tidspunkt. Den amerikanske energiinformationsadministration forudser, at den globale energiefterspørgsel vil stige med 47 % i 2050. Den eneste måde at udligne denne efterspørgsel i form af olie- og kulenergiproduktion er ved at vedtage grønnere metoder, såsom grøn brint.

Og takket være de teknologiske gennembrud, der i det væsentlige har dekarboniseret produktionen af ​​brint, vender mange virksomheder sig til kulstofkompensation, der udnytter grøn brint til at reducere deres CO2-fodaftryk og opfylde aggressive ESG-mål.

Processen med at generere grøn brint kommer med fordele. Det Internationale Energiagentur (IEA) oplyser, at grøn brint sparer cirka 830 millioner tons kuldioxid, der udledes årligt, sammenlignet med, når gassen produceres ved hjælp af traditionelle fossile brændstoffer. Det svarer til et helt års emissioner fra Storbritannien og Indonesien tilsammen!

Ligesom med enhver ny teknologi er der nogle udfordringer at overvinde, efterhånden som det grønne brintboom tager fat. Nogle spørgsmål at overveje omfatter proceseffektivitet og produktionsomkostninger i stor skala, foruden etablering af langsigtede tryklagringsløsninger. Bortset fra udfordringer er grøn brint en spændende ny teknologi, der kan hjælpe med at balancere den hårdt tiltrængte produktion af grøn energi i stor skala.

En stor del af skiftet væk fra fossilt brændstof involverer elektrificering af nogle af de dagligdags maskiner, vi bruger, som er drevet af olie og gas – for eksempel biler og lokal transport og opvarmning af boliger i nogle lande. For dem, der allerede er elektrificerede, som computere og husholdningsapparater, erstatter elektricitet fra atomkraft og vedvarende energi som vind og sol kul.

Men der er nogle industrier, der kræver så meget energi, at traditionelle vedvarende energikilder ikke kan opfylde deres efterspørgsel. Det er et problem, fordi disse industrier er blandt de største udledere af drivhusgasser.

Det er her, eksperter siger, at grøn brint har et stort potentiale.
"Elektricitet fra kilder som vind, sol og atomkraft er afgørende for at dekarbonisere vores energisystem - men det kan ikke gøre det alene, og langdistancetransport og tung industri er hjemsted for de sværeste emissioner at reducere," sagde en energianalytiker ved Det Internationale Energiagentur.

"Brint er alsidigt nok til at udfylde nogle af disse kritiske huller - ved at levere vitale råvarer til kemi- og stålindustrien eller afgørende ingredienser til kulstoffattige brændstoffer til fly og skibe," sagde Remme til CNN.

At betjene et fly eller et stort skib, for eksempel, kræver så meget energi, at ethvert batteri, der bruges til at lagre elektricitet fra sol eller vind, sandsynligvis ville være for stort og tungt til fartøjet. Grøn brint kan på den anden side komme i flydende form og er lettere. Ifølge Airbus, som er ved at udvikle et nul-emissions kommercielt fly, er energitætheden af ​​grøn brint tre gange højere end jetbrændstoffer, vi bruger i dag.

Mens flydende grønt brint ville udsende ingen kulstof, har det nogle begrænsninger. Når det brændes i den åbne atmosfære, frigiver det en lille mængde lattergas, som er en potent drivhusgas. Hvis brinten føres gennem en brændselscelle, vil den dog kun udsende vand og varm luft.

Nogle små fly har formået at flyve med brint-fodret brændselsceller, selvom teknologien endnu ikke er blevet skaleret op kommercielt.

Det er i øjeblikket alle hænder på dækket for at nå klimamålene. Energiomstillingen trænger virkelig til et stort løft. Brint kan yde et vigtigt bidrag til dette. Samarbejde er essentielt for at kunne bruge brint med succes, for eksempel til at bidrage til CO2-reduktion i industrien, e-brændstoffer til fly og brug i det byggede miljø. Men der er brug for investeringer, og der er spørgsmål.

Hvad er brint?
Brint er det mest almindelige grundstof i vores univers. Under normale omstændigheder er den gasformig, og vi taler om brintgas (H2). Brint er også den letteste gas vi kender og har derfor en lav energitæthed pr volumenhed (i m3). Per vægt (i kg) har brint en høj energitæthed på 120 megajoule (MJ) pr. kg. Det er næsten tre gange så meget som naturgas (45 MJ pr. kg). Brint er ofte under tryk. At tryksætte (komprimere) brintgas kræver dog også den nødvendige energi (ca. 10%).

Hvad er grå og blå brint?
Næsten al den brint, der i øjeblikket produceres på verdensplan, er såkaldt 'grå brint'. Produktionen foregår i øjeblikket via Steam Methane Reforming (SMR). Her reagerer højtryksdamp (H2O) med naturgas (CH4), hvilket resulterer i brint (H2) og drivhusgassen CO2. I Holland produceres ca. 0,8 millioner tons H2 på denne måde ved at bruge fire milliarder kubikmeter naturgas og generere CO2-emissioner på 12,5 millioner tons.
Udtrykket 'blå brint' eller 'brint med lavt kulstofindhold' bruges, når den CO2, der frigives i processen med produktion af grå brint, stort set (80-90%) opfanges og opbevares. Dette kaldes også CCS: Carbon Capture & Storage. Det kan ske i tomme gasfelter under Nordsøen. Ingen andre steder i verden produceres blå brint i stor skala.

Hvad er grøn brint?
Grøn brint, også kendt som 'vedvarende brint', er brint, der produceres med bæredygtig energi. Den mest kendte er elektrolyse, hvor vand (H2O) spaltes til brint (H2) og oxygen (O2) via grøn strøm. Et stort antal parter i Holland eksperimenterer med disse megawatt-elektrolysatorer. Brint frigives også ved højtemperaturforgasning af biomasse.

Hvad er turkis brint?
Brint fremstillet af naturgas ved hjælp af den såkaldte smeltede metalpyrolyseteknologi kaldes 'turkis brint' eller 'brint med lavt kulstofindhold'. Naturgas ledes gennem et smeltet metal, der frigiver brintgas såvel som fast kulstof. Sidstnævnte kan finde en nyttig anvendelse i for eksempel bildæk. Denne teknologi er stadig i laboratoriefasen, og det vil tage mindst ti år for det første pilotanlæg at blive realiseret.

Hvad er de yderligere grundlæggende forskelle mellem blå og grøn?
Ud over produktionsmetoden er der en række andre vigtige forskelle:
Kun grøn brint produceret via elektrolyse sikrer, at store mængder bæredygtig elektricitet produceret til vands og på land kan integreres ordentligt i vores energisystem. Kun elektrolyse kan konvertere elektricitet til brint fleksibelt (efter behov) og derefter lagre det.
Derudover vil udviklingen af ​​storskala elektrolyse bidrage til at imødekomme den stigende efterspørgsel efter elektricitet og dermed stimulere væksten af ​​bæredygtig energi.
Der er også forskel på kvaliteten. Grøn brint har en højere renhedsgrad og kan bruges med det samme, for eksempel i et køretøjs brændselscelle. Blå brint har et lavere renhedsniveau, tilstrækkeligt til industriel anvendelse.
Produktionen af ​​blå brint er en måde at 'dekarbonisere' industrien på, dvs. reducere CO2, i stor skala og til relativt lave omkostninger.

Hvidt brint fra jorden fremtidens rene energikilde?
Vi kender allerede grå, blå og grøn brint, men det ser nu ud til, at hvid eller naturlig brint også er tilgængelig. Det kommer fra jorden, ligesom naturgas. Når brint forbrændes med ilt, frigives kun vand. Hvid brint er en naturlig brint fra undergrunden, der har potentiale til at blive en vigtig energikilde for fremtiden, hvis den er lavet ved elektrolyse af vand med vind- eller solenergi (grøn).
Det er så ikke lavet af naturlig aske eller kul (grå), heller ikke ved først at opfange CO2 (blå). Gassen bruges hovedsageligt til opvarmning af processer i den kemiske industri og til fremstilling af stål og gødning. I overgangen fra fossil til grøn energi kan den fungere som lagringsbuffer for elektricitet i perioder uden sol og vind.

Hvilken rolle spiller brint i energiomstillingen?
I vores nuværende energimix leveres cirka 20 % i form af elektricitet og 80 % i form af naturgas eller flydende fossilt brændstof (benzin, diesel). Vores klimamål kommer til at ændre denne situation betydeligt i den nærmeste fremtid. Andelen af ​​el produceret af vind- og solenergi vil stige markant. Til en række applikationer såsom tung transport, højtemperaturprocesser i industri og luftfart mangler der stadig en god elektrisk løsning, og der er stadig behov for en bæredygtig gas. Brint kan spille en nyttig rolle her. Derudover er brint vigtig i form af storskala opbevaring til de øjeblikke, hvor det er vindstille og overskyet.

Hvilke lande arbejder også med brint?
Lande som Norge, Australien, Marokko, Chile, Saudi-Arabien, Kina og Japan er meget aktive med grøn brint, primært fordi der er en betydelig (potentiel) tilgængelighed af billig vedvarende energi fra vind-, sol- eller vandkraft til at producere grøn brint. En undtagelse herfra er dog Japan, som i høj grad er afhængig af import til sin energiforsyning og har udviklet en strategi for at importere (grøn) brint i stor skala. Dens nøglerolle ligger i teknologiudvikling. Holland er i en god position blandt andet takket være vores viden om gas- og elektrolyseteknologi, det store potentiale for vindenergi i Nordsøen og den energiintensive industri, der skal engagere sig stærkt i bæredygtighed.

Hvad skal vi bruge brint til?
Brint er især vigtigt for procesindustrien. Det bruges nu hovedsageligt til fremstilling af gødning, men i fremtiden kan det også bruges til højtemperaturprocesser såsom stålproduktion, hvor der nu bruges naturgas eller kul. Derudover vil brint spille en rolle i mobiliteten, for eksempel for intercitybusser, der skal tilbagelægge længere strækninger, og hvor el-kørsel ikke er en løsning.

Hvad betyder brint for borgeren?
På kort sigt vil ikke meget være tydeligt. Brugen af ​​brint i boliger vil for eksempel være længe ventet, hvis det overhovedet sker. For de fleste boliger er et kollektivt varmenet eller en elektrisk varmepumpe en bedre løsning. I trafikken vil antallet af brintbiler (p.t. under hundrede) og antallet af brinttankstationer (i 2018: 3) langsomt stige.

Hvad er risiciene?
Brint er en meget let gas, meget brandfarlig og bruges i mobilitet under tryk op til 700 bar. Ligesom enhver anden gas er det vigtigt at håndtere den med omhu under produktion, transport og brug og udelukkende overlade den til professionelle virksomheder. Hvis brint skal bruges i eksisterende gasrørledninger, er det vigtigt at undersøge nærmere, hvordan brint faktisk 'opfører sig' i praksis. Brint er lettere end naturgas og kan lettere slippe ud fra ventiler og tætninger.

Hvad laver TNO med hensyn til brintforskning?
TNO er ​​en uafhængig organisation, der udfører banebrydende anvendt forskning. Dets forskning i brint fokuserer på produktion, infrastruktur og applikationer (konvertering og slutbrug). I 2020 gennemførte TNO mere end 50 projekter vedrørende disse temaer. Links til et udvalg af disse projekter kan findes nedenfor (punkt 15).

Hvor langt er udviklingen af ​​grøn brint henne?
Omkring 230 elektrolyseprojekter blev sat i drift mellem 2000 og 2018 med en samlet kapacitet på omkring 100 MW (kilde: IEA 2019, The Future of Hydrogen). I 2020 var den globale installerede kapacitet 200 MW og cirka 2.400 MW ved udgangen af ​​2023. Disse tal viser, at vi kun er i gang, og at vi skal udvikle en helt ny forsyningskæde.
Vi har brug for nye virksomheder, nye leverandører og nye producenter til at udvikle materialer og komponenter til større og næste generations elektrolysesystemer. Dette er en gylden mulighed for den hollandske højteknologiske industri. Den Europæiske Unions mål er at installere 40 GW elektrolysekapacitet i EU inden 2030 og yderligere 40 GW i Nordafrika. For at nå dette mål vil det kræve, at vi accelererer tempoet i både teknologisk innovation og de faktiske projekter.

Hvad er de største tekniske udfordringer ved elektrolyse?
Med hensyn til vandelektrolyse er der i øjeblikket fire teknologier tilgængelige (AEM, SOE, PEM og Alkaline), hver med sine specifikke fordele, ulemper og modenhedsniveau. Se vores video om produktion af brint ved hjælp af elektrolyse (åbner i et nyt vindue eller fane) (refererer til en anden hjemmeside). For alle fire teknologier er de tre vigtigste forskningsudfordringer:
at reducere de anlægsudgifter, der er forbundet med systemet
at forbedre systemets effektivitet
at overvinde barrierer for storskalaproduktion, således at en årlig verdensomspændende elektrolysatorproduktionskapacitet på 30 GW kan nås inden 2030.

Produkter sælges i alle regioner i Kina og eksporteres til lande rundt om i verden. De er blevet solgt i mere end 20 lande og regioner, herunder USA, Tyskland, Marokko, Kenya, Saudi-Arabien, Vietnam, Algeriet, Indien, Tanzania og Taiwan. Med succes leveret velkendte virksomheder som China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group og andre velkendte virksomheder. Der er mange grønne brinthydrogeneringsstationer, såsom Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, osv. leverer grønne og brintfremstillede projekter.