Du er her

Hydrogen er fremtidens drivstoff - og vil være det i 50 år til!

De teknologiske utfordringene er i ferd med å løses når det gjelder hydrogen som frem-tidig drivstoff, men de samfunnsmessige barrierene mot et slikt skifte er så store at ”hydrogensamfunnet” sannsynligvis ligger minst 50 år fram i tid, skriver dr. ing Erling Holden i denne artikkelen.

Venn tipset!

Din venn har blitt sendt en e-post om denne artikkelen.

Tips en venn

Av Erling Holden

Som nyutdannet sivilingeniør deltok jeg for vel 15 år siden på mitt første seminar om bruk av alternative drivstoffer i transportsektoren. Med store forventninger satt jeg meg ned blant et stort antall forskere, næringslivsfolk og byråkrater, og fikk en innføring i hvilke konkurrenter bensin og diesel måtte belage seg på å møte i årene fremover. De var der alle sammen: natur-gass i ulike former, alkoholer, syntetiske drivstoffer, biologiske alternativer og elektriske bi-ler. Hvert alternativ hadde – og har fremdeles - sin trofaste menighet, og de var og er like kompromissløse overfor sine motstandere. Men det var ikke disse jeg først og fremst var kommet for å høre på. Jeg ventet spent på en professor fra Tyskland som hadde fått kremjob-ben, nemlig å presentere det virkelige alternativet: hydrogen. Det ble merkbart stillere i salen.

Nå var altså tiden kommet for å trekke opp de store linjene! Det begynte da også bra. ”Hydro-gen er fremtidens drivstoff”. Salen var fornøyd. Det var dette vi var kommet for å høre. Men så kom det: ”og vil alltid være det”. Det ble helt stille. Etter min oppfatning utviste den tyske professoren stort mot, og sa det som mange nok hadde tenkt, men ikke turt å si. Det har imid-lertid gått femten år nå, og det er etter min oppfatning nødvendig å føye til et spørsmålstegn etter professorens utsagn.

Ny fart i hydrogendebatten
For det er en ny fart og driv i hydrogendebatten for tiden. Det gjelder både nasjonalt og inter-nasjonalt. Fire forhold har bidratt til denne fornyede interessen. For det første har uroen i flere oljeproduserende land skapt en ny diskusjon rundt spørsmålet om energisikkerhet. Ikke minst gjelder dette i USA som hvert år importerer store mengder råolje fra land som strengt talt ikke vil ha noe med dem å gjøre. For det andre har hydrogen potensial til å løse klimaproblemene. Basert på de rette forutsetningene, står vi overfor en energibærer som faktisk kan være CO2-fri. For det tredje gir bruk av hydrogen ingen utslipp når det forbrennes. Tanken på biler som kun etterlater seg vann, gir bud om bedre luftkvalitet i byer verden over som lider av puste-vansker. For det fjerde ser det ut til at vi står overfor en gjennombrudd når det gjelder utvik-ling av brenselceller for våre biler, busser og lastebiler. Uten brenselcellene har det vært vanskelig å realisere de miljømessige fordelene som hydrogen kan by på.

Betyr dette at fremtiden allerede er her? Er professorens ord gjort til skamme allerede? Nåja, kanskje har vi tatt noen viktig skritt, men det er fremdeles langt igjen. Det er fremdeles noen vanskelige hindre igjen som skal forseres før vi forsvinner inn i hydrogensamfunnet. Jeg skal presentere noen av dem her. Men først litt om hva hydrogen er, hvordan det fremstilles, dist-ribueres og lagres.

Hvor kommer hydrogen fra?
Det finnes mye hydrogen på jorden. Problemet er at ren hydrogen bare finnes i svært små mengder og at det nesten uten unntak er kjemisk bundet i andre stoffer. Vann og fossile ener-gikilder (kull, råolje og naturgass) er de vanligste og mest tilgjengelige kildene. Før hydroge-net kan anvendes må det imidlertid frigjøres fra disse stoffene, noe som kan være en både energikrevende og miljøforurensende prosess. De fleste av disse prosessene er imidlertid vel etablerte teknologier, og mange av dem er i bruk allerede. Faktisk produseres det årlig rundt 45 millioner tonn hydrogen i hele verden (Kruse, Grinna og Buch 2002). Dette representerer store mengder energi, men i en global målestokk er det heller puslete. 45 millioner tonn hy-drogen tilsvarer rundt 1 prosent av verdens årlige energibehov (Hoffmann 2002).

Det er i utgangspunktet tre prinsipielt ulike måter å produsere hydrogen på. For det første har man muligheten til å utvinne hydrogen fra vann. Dette kan igjen skje på ulike måter, hvor elektrolyse er den mest vanlige. Her var Norsk Hydro tidlig ute. Allerede i 1927 bygget de en av de første virkelig store elektrolysørene på Rjukan som et ledd i produksjonen av kunst-gjødsel. Den nødvendige elektriske kraften ble skaffet til veie av vannkraftverk. Her skal man imidlertid være klar over at den elektriske kraften som må tilføres elektrolysøren i prinsippet kan komme fra nær sagt enhver energikilde. Det er i en miljømessig forstand ikke uviktig om den elektriske kraften er produsert i en kjernekraftverk, et vannkraftverk, et gasskraftverk eller fra solcellepaneler.

For det andre kan hydrogen produseres fra fossile energikilder, det være naturgass, råolje eller kull. Her benyttes ulike prosesser som dampreformering, partiell oksidasjon og gassifisering. Sterkt forenklet går disse prosessene ut på å varme opp hydrokarboner, vanndamp og eventu-elt luft eller oksygen, som så blir blandet i en reaktor. I reaksjonen som oppstår spaltes både vannmolekylet og råstoffet, og en får dannet hydrogen, CO og CO2. En variant av denne må-ten å produsere hydrogen på, er å ta utgangspunkt i biomasse. Også her benytter man seg av mange av de samme metodene for å utvinne hydrogenet fra råstoffet, som man anvender på naturgass, olje og kull. Forskjellen ligger i at man her har et fornybart og under de riktige be-tingelsene CO2-fritt råstoff. Biomasse omfatter for øvrig så vidt ulike kilder som skogsavfall, halm, hurtigvoksende energiskog, kommunalt avfall og kloakkslam.

Endelig har man en tredje vei til hydrogen. Her inngår mer eksotiske produksjonsprosesser som fotolyse og biologisk produksjon. I fotolysen – som for første gang ble demonstrert av to japanske forskere i 1972 – produseres hydrogen fra vann ved tilførsel av sollys og en kjemisk reaktant. Det tilføres ingen elektrisk kraft utenfra. I de ulike biologiske prosessene etterlikner man den naturlige fotosyntesen. I motsetning til fotosyntesen – hvor hydrogen spontant om-settes til karbohydrater – kan man ved hjelp av mikroorganismer frigjøre hydrogenet. Nå har ikke nødvendigvis disse ulike prosessene noe særlig med hverandre å gjøre, og burde dermed ikke plasseres i en og samme kategori. Når jeg likevel gjør det skyldes det at de har tre ting til felles og som skiller dem fra de to førstnevnte kategoriene. For det første er det svært langt frem igjen før disse prosessene blir realistiske alternativet. For det andre kjennetegnes pro-duksjonsprosessene av svært lave virkningsgrader, og endelig er det enn så lenge meget kost-bare prosesser vi har med å gjøre. Disse tre forholdene henger selvfølgelig sammen.

Det gjenstår å se hvilke av disse hydrogenveiene som til slutt går av med seieren. Det er for-deler og ulemper forbundet med alle, og det er også store forskjeller i hvor langt teknologien er kommet for hvert alternativ. I følge Hoffmann (2002) er det imidlertid enighet blant de fleste hydrogentilhengere om at det på kort sikt er nødvendig å gå veien om karbonholdige energikilder for å gjøre hydrogen kommersielt tilgjengelig. Det innebærer bruk av naturgass, biomasse og kanskje også kull. En slik løsning imøtegås naturlig nok av de som mener at hy-drogen bør og skal settes i sammenheng med fornybare, forurensingsfrie energikilder som vann, vind og sol. Det er bare i en slik kombinasjon at bruk av hydrogen kan oppnå sitt fulle potensial som et bærekraftig energialternativ. Denne debatten er nok ikke over. Til en viss grad er den nok også ødeleggende for alle de som promoterer hydrogen. Paradoksalt nok er det kanskje de som representerer det bestående og som ikke vil ha noen forandringer, som tjener mest på denne kontroversen?

Fem eksempler på ”ikke-teknologiske barrierer”På tross av at det gjenstår arbeid knyttet til produksjon av hydrogen samt lagring og bruk i kjøretøyet, vil jeg hevde at det ikke er her de største barrierene ligger. Flere forskere er enige om at disse teknologiske aspektene delvis er løst, eller lar seg løse nokså enkelt. Det er selv-følgelig et spørsmål om kostnader og pris, men dette vil gå seg til når hydrogen begynner å få fotfeste. Det er imidlertid såkalte ikke-teknologiske barrierer som er verre å hanskes med. Når det har gått ”galt” med metanol, naturgass og elbilen, skyldes dette etter min vurdering en for ensidig fokus på teknologiutvikling. Man har i altfor for liten grad tatt for seg de samfunns-messige hindrene som effektivt setter en stopper for at ny teknologi tas i bruk. Jeg skal her trekke frem fem slike barrierer.

1. Energipolitikk
For det første må en overgang til storskala bruk av hydrogen forankres i en nasjonal plan for fremtidig energipolitikk. Uten en slik langsiktig og forpliktende plan fra myndighetenes side, er et hvert forsøk på å overta bensin- og dieselhegemoniet dømt til å mislykkes. Dette er en av de viktigste lærdommene vi kan trekke fra Brasil. I løpet av femten år, fra 1973 til 1988, ble verdens hittil klart største alternativt drevne kjøretøyflåte systematisk bygd opp. Hvert fjerde kjøretøy kjørte med etanol produsert fra innenlandske sukkerressurser i tankene, i alt 4 millio-ner kjøretøy. Det er nær det dobbelte antall kjøretøy som finnes i Norge i dag. En slik plan krever imidlertid fasthet. Ved det minste tegn til vingling fra myndighetene er det hele over. Det er mange aktører som gjerne bidrar med sitt til at nye drivstoffer forsvinner fra dagsorden. Dette ser da også ut til å skje i Brasil, hvor bensin og diesel sakte men sikkert overtar for etanol.

2. Infrastruktur
En plan kan nå vel enhver lage. Å sette den ut i livet er langt verre. For hydrogenplanen sitt vedkommende møter en da fort det kanskje største og vanskeligste hinderet: oppbygging av den nødvendige infrastrukturen. Det innebærer blant annet å distribuere hydrogen fra produk-sjonsstedet til brukerne og ikke minst lagring underveis. Et hydrogendrevet kjøretøy har et stort miljømessig potensial, men uten drivstoff kommer man bokstavelig talt ingen vei. Det er imidlertid en formidabel oppgave å bygge et slikt nettverk. Det krever svært langsiktig sam-funnsplanlegging på alle nivåer, fra det nasjonale til det lokale. Kostnadene ved en slik opp-bygging er i tillegg enorme. En amerikansk studie viser at kostnadene forbundet med å bygge et rørledningssystem for distribusjon av hydrogen i USA vil ligge opp mot et norsk statsbud-sjett (McNutt 1989). Dessuten trengs det stasjoner som kan ta i mot, lagre og fylle hydrogen på kjøretøyene. For å holde oss til USA, er det antatt at rundt 10-15 prosent av alle bensinsta-sjoner må kunne tilby hydrogen (Jensen and Ross 2000), hvilket betyr noe slikt som 250 fyl-lestasjoner spredt rundt i Norge. Ingen liten oppgave.

Distribusjon og lagring
To viktige aspekter knyttet til infrastrukturen er distribusjon og lagring. La meg kort si litt om disse to før jeg går videre. Et eget rørledningsystem for hydrogen er én mulighet for distribu-sjon. Det er imidlertid mange andre alternativer å velge mellom. Hydrogen kan fraktes fra produksjonssted til bruker i flytende form på båter, tog eller tankbiler. For land som har et eksisterende ledningsnett for distribusjon av naturgass, kan man bygge opp desentraliserte produksjonsenheter for hydrogen i tilknytning til fyllestasjonene. Enkelte steder kan det også la seg gjøre – med visse modifikasjoner - å anvende naturgassnettet til distribusjon av hydro-gen. Mulighetene er mange, men det ser ut til å være langt frem før vi kan se noe slikt omfattende infrastrukturnett i noen deler av verden. Når det gjelder lagring, kan man skille mellom tre prinsipielt ulike måter å lagre hydrogen på. Det gjelder både om en ser for seg store stasjo-nære hydrogenlagre eller lagring i små tanker på kjøretøy. Hydrogen kan lagres som gass i høytrykkstanker, flytende i super isolerte tanker eller i et egnet sekundærmedium. Metallhyd-rider er eksempel på et slikt sekundærmedium, men også metanol eller sågar bensin eller and-re hydrokarboner kan brukes. Jeg skal ikke gå videre med lagring og distribusjon her. I den grad det ligger teknologiske barrierer i veien for omfattende bruk av hydrogen er det imidler-tid her vi finner dem.

3. Sikkerhet
Det tredje forholdet jeg vil trekke frem er sikkerhet. Blant forskere som til dagelig arbeider med bruk av hydrogen, er det stor enighet om at hydrogen har et ufortjent dårlig rykte når det gjelder sikkerhet. Ryktet skyldes kanskje først og fremst store ulykker hvor hydrogen har vært inne i bildet. En av de mest kjente ulykkene er det hydrogendrevne luftskipet ”Hindenburg”, som tok fyr og styrtet under landing i Lakehurst i USA 6. mai 1937. I alt 36 mennesker om-kom i en dramatisk brann, og det hele ble direkte formidlet av datidens presse. Bildene av luftskipet som styrtet mot bakken i full fyr har ikke vært noen god reklame for hydrogen. Nes-ten 50 år senere fikk skeptikerne ny vind i seilene. Den 28. januar 1986 stod hele verden sjok-kert igjen som hjelpeløse vitner til at romfergen ”Challenger” gikk opp i flammer kort tid etter oppskytning. Igjen stod hydrogen i sentrum av en ulykke med stor pressedekning.

Forskere har i ettertid standhaftig hevdet at selve hydrogenet spilte en underordnet rolle i beg-ge disse ulykkene, og at det hadde gått galt uavhengig av hvilket drivstoff som hadde vært benyttet. De understreker at hydrogen riktignok har en annen risikoprofil, men på ingen måte utgjør en større samlet risiko enn for eksempel bensin og diesel. Bildet av hydrogen som et drivstoff man gjør lurest i å holde seg unna, har imidlertid festet seg hos mange. De som øns-ker å legge forholdene til rette for økt bruk av hydrogen har tydeligvis her en stor jobb å gjøre.

4. Publikums aksept
Og her kommer vi inn på den fjerde barrieren, som er publikums aksept. Skal det bli hydro-genbiler på veiene, må noen faktisk kjøpe dem. Vi må få tid og kunnskaper til å venne oss til en ny teknologi, enten det er et nytt drivstoff eller nye programvarer for PC’en. Her må øko-nomiske insentiver og tilgjengelighet følges opp med informasjon og kampanjer. Ikke minst gjelder dette nettopp sikkerhetsaspektet. Få av oss ønsker å utsette oss selv eller våre nærmes-te for noe som i enkelte sammenhenger er presentert som en ukontrollerbar bombe. Her kan det være nødvendig å tenke strategisk med tanke på opplæring. Det er flere grunner til at man bør starte med hydrogendrift i busser før man går over til personbilmarkedet. Bybussene er en fin begynnelse ikke bare fordi det innebærer et mindre kompliserte leveransesystem, men også på grunn av den opplærende effekten det kan ha på brukerne. Bruk av hydrogen i flåter med taxier kan gis samme begrunnelse. Da etanolprosjektet i Brasil sto i fare for å havarere kort tid etter oppstart, spilt taxisjåførene en viktig rolle i å få programmet på skinner igjen. De er kunnskapsrike når det gjelder transport og har en bred kontaktflate med publikum. I Brasil fikk de ekstra insentiver, og havariet ble snudd.

5. Standarder
Den femte og siste barrieren jeg skal presentere er standarder. De færreste har (heldigvis) noen som helst ide om hvor mange retningslinjer, standarder, forskrifter og lover som må til for at et transportsystem skal fungere. Et nytt drivstoff krever nye regler for alle forhold knyt-tet til produksjon, lagring, distribusjon og fylling. Det gjelder forhold knyttet til sikkerhet, teknologi og ytelse. Det foregår allerede slike prosesser for standardisering knyttet til bruk av hydrogen. En egen komité innenfor den internasjonale standardiseringsorganisasjonen ISO utvikler nå en rekke av de standardene som trengs. Noen av disse standardene vil foreligge allerede i år. Men det gjenstår mange og tunge prosesser før man er i mål.

Det er langt frem…
Det er altså en lang vei å gå før hydrogen inngår som en viktig energibærer i det nasjonale og globale energiforsyningssystemet. Teknologiske barrierer finnes nok, selv om de etter min vurdering ikke utgjør det største hinderet. Det er snarere de ”ikke-teknologiske barrierene” knyttet til sentrale samfunnsinstitusjoner, store bedrifter og ikke minst enkeltindividene, både som aktører i institusjonene men også som brukere av den nye teknologien, som er de vanske-lige hindrene.

Den nødvendige kunnskapen om disse ikke-teknologiske barrierer og mekanismer som under-støtter dem må imidlertid bygges allerede nå. På Vestlandsforsking vil vi gjennom et femårig strategisk instituttprogram (SIP) finansiert av Norges Forskningsråd, sette søkelyset nettopp på de hindringer som ligger foran oss og samtidig peke på de strategiske valg som må tas un-derveis. Jeg tror ikke jeg foregriper begivenhetens gang for mye når jeg tror professoren fra Tyskland til slutt må se sine ord gjort til skamme. Men jeg tror neppe det blir i løpet av de første 50 år.

Litteratur
DOE (2002) Alternative Fuels Data Center. U.S. Department of Energy (http://www.afdc.doe.gov/afvehicles.html.)

Hoffmann, P. (2002) Tomorrow’s Energy – Hydrogen, Fuel Cells, and the Prospect for a Cleaner Planet. The MIT Press.

Jensen, M.W. and Ross, M. (2000) “The Ultimate Challenge: Developing an Infrastructure for Fuel Cell Vehicles”, Environment, vol.42, no.7, pp.10-22.
Kruse, B. , Grinna, S. og Buch, C. (2002) Hydrogen - Status og muligheter. Bellona rapport nr. 6/2002.

Koyama, K. and Moyer, C.B. (1989) ”The Transition to Alternative Transportation Fuels in California”, in: Sperling, D. (ed) Alternative Transportation Fuels. An Environmental and Energy Solution. Quorum Books.

McNutt, B. (1989) ”Alternative Fuels Market Development: Elements of a Transition Strat-egy”, in: Sperling, D. (ed) Alternative Transportation Fuels. An Environmental and Energy Solution. Quorum Books.

SD (1995) Norge som gassnasjon, Stortingsmelding nr. 44 (1994-95). Samferdselsdeparte-mentet.

Sperling, D. and DeLuchi, M.A. (1989) ”Is Methanol the Transportation Fuel for the Fu-ture?”, in: Sperling, D. (ed) Alternative Transportation Fuels. An Environmental and Energy Solution. Quorum Books.

DEBATTREGLER I SAMFERDSEL
Har du synspunkter på denne saken, så kom gjerne med dem her i kommentarfeltet! Det du skriver vil i de fleste sammenhenger fremstå som mer interessant og troverdig dersom du skriver under fullt navn. Hold deg til saken, vis respekt og raushet overfor andre og deres meninger. Husk at det du skriver kan bli lest av mange!

Ytringer som inneholder trusler eller annen form for sjikane, vil bli fjernet.

Vennlig hilsen
Samferdsel-redaksjonen

comments powered by Disqus

  • Tweets

Bunnbilde
SAMFERDSEL, TØI
Gaustadalléen 21,
0349 Oslo.
Telefon: 22 57 38 00
Telefaks: 22 60 92 00

PÅ VEIEN
I LUFTEN
PÅ SKINNER
PÅ SJØEN
TRANSPORT
REISELIV
MILJØ
TEKNOLOGI

ARKIV
AKTUELT
ANNONSERE

TØI
DEBATT
KONTAKT OSS
OM OSS

 

Ansvarlig redaktør: Flemming Dahl. Mobiltelefon: 986 255 96. Epost: fda@toi.no  |  Personvern

Designet og utviklet av CoreTrek AS