Bioenergi og hydrogen som energibærer

Kilder

I disse innleggene har vi hentet ut vår informasjon fra ulike kilder:

Nexus, kap. energiframtiden
Store Norske Leksikon, bioenergi, hydrogen

GOD PÅSKE!

Først skal i se litt på definisjonen av begrepet energibærer. En energibærer er et stoff som kan holde på energi, transporteres og utnyttes senere på et annet sted. En energibærer kan altså lagre energi. Eksempler på energibærere er lommelyktbatterier og bensin i en bensintank. Hydrogen er også en energibærer. Selv om hydrogen er en energibærer er den ikke en energikilde. Den må fremstilles av andre energikilder, som eks. fossile energikilder eller solenergi.

Produksjon av brenselcellebiler er et aktuelt tema i dag. Spørsmålene rundt produksjonen er mange, blant annet; Hvordan skal vi produsere hydrogen? Og hvordan skal vi lagre den? Vi skal nå gå dypere inn i spørsmålene rundt hydrogen som energibærer.

Hvordan produserer vi hydrogen?

Som vi fortalte om i presentasjonen om brenselceller, er brenselcellen miljøvennlig fordi det eneste avfallsstoffet er rent vann. I virkeligheten avhenger dette av hvordan hydrogengassen som tilføres brenselcellen er produsert.

Den miljøvennlige måten er å produsere hydrogengass ved elektrolyse av vann. Da spaltes vann til hydrogengass og oksygengass. Vi får altså ingen miljøfarlige avfallsprodukter. Denne metoden har en annen stor fordel også; fordi vann er en enkel og billig ressurs. På tross av at alt dette er det kun 4 % av produksjonen av hydrogengass i verden som framstilles ved elektrolyse av vann. Det er fordi elektrolysen krever masse elektrisk strøm. Vi får altså en ny problemstilling; er strømmen som brukes produsert på en miljøvennlig måte?

Mer enn 90 % av verdens hydrogenproduksjon kommer fra fossilt brensel, hovedsakelig naturgass. Denne metoden kalles dampreformering. Ved dampreformering ledes naturgass (eks. metangass CH₄) og vanndamp (H₂O) inn i en reaktor med høy temperatur og trykk. Dette er ikke særlig miljøvennlig fordi det dannes karbondioksidgass (CO₂), og metangass (CH₄) er en ikke-fornybar energikilde. Forenklet reaksjonslikning:

Metangass + vanndamp à hydrogengass + karbondioksidgass

CH₄+H₂O à H + CO₂

I fremtiden kan metoden med dampreformering gjøres noe mer miljøvennlig hvis vi kunne fange CO₂ og lagre gassen slik at den ikke slippes ut i atmosfæren. Noen steder kan man lagre drivhusgassen i bergrunnen eller man kan pumpe den ned i oljebrønner for å øke trykket og dermed øke oljeutvinningen. Men dette er veldige dyrt og det gjenstår mye forskning for at dette skal lønne seg økonomisk.

Hydrogen som dannes ved elektrolyse av vann

Hvordan skal vi lagre hydrogen?

En felles faktor for alle typer gasser er at de tar stor plass. I dagens brenselcellebiler drevet av hydrogengass kan det lagres opptil 5 kg hydrogen. 5 kg hydrogen er nok til å kjøre en brenselcellebil ca 50 mil. For at hydrogen skal være et økonomisk og lønnsomt drivstoff må vi lagre gassen med mindre volum slik at den tar mindre plass. I dag finnes det flere ulike metoder for å presse sammen hydrogen. Vi skal se nøyere på disse.

Lagring i trykktank

Vi kan lagre hydrogen i en lukket tank under trykk, lignende propangass til en gasskomfyr. Men for å presse sammen hydrogen kreves det et meget stort trykk. I teorien trenger man et trykk på 750 atmosfærer. Problemet er at det skal vanskelig gjøres å lage en tank som kan tåle dette. Igjen vil det bli dyrt, fordi tanken må produseres av spesialmaterialer og fordi det vil kreve mye energi til å trykke sammen gassen.

Trykktank

Lagring som væske

Man kan lagre hydrogen om man kjøler ned gassen slik at den går over til væskeform. Hydrogen har et ekstremt lavt kokepunkt, -253 °C, og om man skal lagre denne væsken i en tank må tanken være svært godt isolert. Likevel vil det forsvinne ut hydrogengass. I tillegg vil 1/3 av energien i gassen gå tapt i nedkjølingen av gassen.

Lagring i metaller

Den kanskje beste måten å lagre hydrogen på er ved hjelp av metaller, ved metallhydrid. Hydrogengass reagerer med metall i pulverform under trykk og danner kjemiske forbindelser, som kalles hydrider. En positiv side med metallhydrider er at de er i fast form. En negativ side er at de er tunge og dyre. For å få en bil til å kjøre 50 mil kreves det 140 kg med magnesium-nikkelhydrid som er en type metallhydrid.

Metallhydridbatteri

Lagring i molekyler

Den siste metoden vi skal se på er å lagre hydrogen som en del av et molekyl. Da bindes hydrogen kjemisk til andre grunnstoffer. En interessant forbindelse er metanol. Fordelen med lagring i metanol er at man trenger kun 25 kg metanol for å kjøre 50 mil med bil. Ulempen er at det i tillegg til vann som avfallsprodukt dannes andre avfallsprodukter. Ved en forbindelse mellom metanol og hydrogen vil det dannes vann og CO₂. Da vil ikke hydrogen som drivstoff være like miljøvennlig likevel.

Sikkerhet rundt hydrogen

Sikkerheten rundt bruk av hydrogen er også et aktuelt tema. Spørsmålet er hvor farlig det er å oppbevare og utnytte gassen. Hvis det skulle forekomme en lekkasje av hydrogen vil det dannes en lett antennelig forbindelse når gassen blandes med luft, som fort kan ende i eksplosjon. Denne forbindelsen kalles knallgassblanding. Den regnes likevel ikke for å være farligere enn bensin, og det er ikke stor risiko ved å bruke gassen ute. Det er fordi hydrogen er så lett at den vil stige fort til værs.

Hydrogeneksplosjon

”Hydrogensamfunnet” i fremtiden

Det forskes mye på hvordan man kan gjøre bruken av hydrogen økonomisk og praktisk. Likevel vil det ta lang tid før vi får et ”hydrogensamfunn”, antagelig flere tiår. Både i Norge og utlandet foregår det mange små og store prosjekter som et skritt på vei. Vi skal se litt nærmere på noen av prosjektene.

Hydrogenveien

Norsk Hydro driver et stort miljøvennlig prosjekt i Sør-Norge, der de legger forholdene til rette for å kunne kjøre med hydrogendrevet bil fra Oslo til Stavanger, en strekning på 50 mil. Det skal være mulig å fylle hydrogendrivstoff på fem ulike steder på veien.

"Hydrogenveien"

Norsk hydrogendrevet bil

Et norsk elbil-selskap ved navn Think Technology begynte i 2005 å produsere elbiler med brenselcellemotor drevet av hydrogen. Disse bilene kan lades og kan derfor kjøre enda lenger enn en vanlig elbil. Bilene er dyre og koster over 1 mill. kroner.

Hydrogendrevet bil

Island – fritt for fossilt brensel innen 2030

Island har som målsetning om å kvitte seg med all bruk av fossilt brensel innen 2030 og sverger heller til hydrogenstasjoner som produserer strøm, busser og biler drevet av hydrogen, og hydrogendrevne brenselceller til apparater i båter.

EU går for hydrogen

Ni av de største byene i EU drev fra 2000-2005 et prosjekt der hydrogendrevne busser tok over for vanlige busser i rute. Norsk Hydro deltok med like fyllestasjoner som langs den norske ”Hydrogenveien”. Etter at prosjektet ble avsluttet og evaluert kom de fram til at prosjektet medførte en del økonomiske og praktiske ulemper.

Hydrogendrevet buss

Bioenergi

Bioenergi er energi som kommer fra det som nylig har vært levende organismer, nemlig biomasse. Bioenergien produseres ved omdanning av biomasse. Ordet biomasse er en forkortelse for biologisk masse, og betyr planter og dyr. Plantene som vokser på jorda er store energikilder, og de blir stadig fornyet i o med at de produserer sine egne frø, dermed blir denne energikilden blir stadig fornyet. Hvert år er tilveksten så stor at den kunne gitt oss 8 ganger mer energi enn det vi bruker i hele verden til sammen i dag. Biomasse inneholder solenergi som er lagret i vegetasjon gjennom fotosyntesen. Ved å utnytte biomasse kommer vi nedbryterne i forkjøpet, og naturen rekker ikke å bryte ned materialene. Hvis vi ikke utnytter energien fra vil den isteden forbrukes i nedbrytningsprosessen.

Noen viktige biomassekilder:

- Avfall fra skogsindustrien

- Gjødsel

Avfall fra skogindustri

- Raps

Raps

Gjødsel

Bioenergi i fast form

Eksempler på bioenergi i fast form:

Ved

Flis, pulver og bark fra skoghogst

Trekull

Halm

For 50% av jordas befolkning er ved den viktigste energikilden. Ved omfatter ca. 14% av verdens energibehov i dag, og bruken av ved kalles tradisjonell bioenergi. I dag finnes det flere måter å utnytte bioenergi på, og vi finner stadig frem til fremgangsmåter for å bruke denne formen for energi. Ved, flis, trekull, halm og bark kan vi for eksempel bruke til oppvarming. Vi har utviklet nye fyringsanlegg som klarer å utnytte energien på en effektiv måte som kun slipper ut en liten mengde forurensing. For at forbrenningen skal bli så fullstendig som mulig er det viktig at mest mulig karbon brenner til CO₂, hvis ikke dannes andre gasser som kan være giftige og miljøskadelige i tillegg til at det gir mindre energi. De store fyringsanleggene for biomasse er best egnet til oppvarming av store fabrikker, institusjoner og bedrifter, der det brukes vannbåren varme. Det kan også an å bruke mindre spesialovner i hus hvor vi kan fyre med pellets eller briketter bestående av sagflis eller spon som presses til små sylindere.

Pellets

Biogass

Det biologiske materialet kan omdannes til en energirik gass. Biogass dannes ved nedbrytning av biobrensel. Det er også den mest miljøriktige formen fordi gassen blir fremstilt av naturens egen nedbryting av biologisk materiale. Hvis vi behandler søppel, matavfall eller husdyrgjødsel i spesielle tanker uten tilførsel av oksygen, dannes denne energirike metangassen. Metangassen kan brennes, og energien som oppstår brukes til både oppvarming og til å produsere el. energi. På enkelte gårdsbruk i Norge brukes det metangass fra husdyrmøkk til å varme opp fjøs og i Kina finner vi over fem millioner eksempler på slike småenlegg på ulike gårder.

(Trykk på bildet for å gjøre det større.)

Flytende biobrensel

Eksempler på flytende biobrensel:

- Bioetanol

- Bioolje

- Biodiesel

Det er også mulig å produsere bioenergi i flytende form, som biodiesel eller etanol. Flytende biobrensel lager vi ved å bearbeide planteolje som vi får ved å presse oljerike planter, som for eksempel solsikkefrø, furu, soya og raps. Biodiesel er renere enn vanlig diesel og den dannes ved å bearbeide planteolje som er presset ut av planteslag, og i fremtiden kan denne dieselen erstatte den vanlige dieselen vi utvinner fra olje.

Bioetanolpumpe

Bioenergi i Norge

Etter vannenergi er bioenergi den største fornybare energikilden i Norge. Her til lands får vi 16-17 TWh fra bioenergi i året, noe som dekker 10% av energibehovet vårt. Vi kan øke denne andelen drastisk ved å ta i bruk nye fyringsanlegg for å varme opp bygninger. I dag finnes det flere støtteordninger for de som vil ta i bruk biobrensel, innen landbruket og på noen søppelfyllinger blir det mer og mer normalt å ta i bruk biovarmeanlegg for oppvarming. Disse anleggene fyres som oftest med søppel, ved, pellets, halm eller flis.

biovarmeanlegg fyres som oftest med søppel, ved, pellets halm eller flis.

Problemer med bioenergien

I flere land i Europa produseres det så mye korn at myndighetene ønsker å bruke noe av jordbruksarealet på å dyrke energirike planter som det er mulig å utnytte som bioenergi. Med en stadig voksende befolkning, og samtidig som det finnes millioner av mennesker i verden i dag som sulter er det konflikter rundt om dyrkningen av biobrensel skal komme foran det økende behovet for mat.

Bruk av store landarealer for produksjon av Biodiesel

Mennesker levende i sult