Hvad er grøn brint, og hvorfor har vi brug for det

Tiden er inde til at udnytte brintens potentiale til at spille en central rolle i håndteringen af kritiske energiudfordringer. De seneste succeser med vedvarende energiteknologier og elektriske køretøjer har vist, at politisk og teknologisk innovation har magten til at opbygge globale rene energiindustrier.

Brint er ved at blive en af de førende muligheder for at lagre energi fra vedvarende energikilder med brintbaserede brændstoffer, der potentielt transporterer energi fra vedvarende energikilder over lange afstande - fra regioner med rigelige energiressourcer til energihungrende områder tusinder af kilometer væk.

Grøn brint var med i en række løfter om emissionsreduktion på FN's klimakonference, COP26, som et middel til at dekarbonisere tung industri, langdistancefragt, skibsfart og luftfart. Regeringer og industri har begge anerkendt brint som en vigtig søjle i en netto nuløkonomi.

Green Hydrogen Catapult, et FN-initiativ til at nedbringe prisen på grøn brint, meddelte, at det næsten fordobler sit mål for grønne elektrolysatorer fra 25 gigawatt, der blev sat sidste år, til 45 gigawatt inden 2027. Europa-Kommissionen har vedtaget en række lovgivningsforslag med henblik på at dekarbonisere EU's gasmarked ved at lette udbredelsen af vedvarende og kulstoffattige gasser, herunder brint, og garantere energisikkerheden for alle borgere i Europa. De Forenede Arabiske Emirater hæver også ambitionerne med landets nye brintstrategi, der sigter mod at holde en fjerdedel af det globale kulstoffattige brintmarked inden 2030, og Japan meddelte for nylig, at det vil investere 3,4 milliarder dollars fra sin grønne innovationsfond for at fremskynde forskning og udvikling og fremme af brintbrug i løbet af de næste 10 år.

Du kan støde på udtrykkene 'grå', 'blå', 'grøn', der er forbundet, når du beskriver brintteknologier. Det hele kommer ned til den måde, det produceres på. Brint udsender kun vand, når det brændes, men det kan være kulstofintensivt at skabe det. Afhængigt af produktionsmetoder kan brint være grå, blå eller grøn – og nogle gange endda lyserød, gul eller turkis. Grøn brint er dog den eneste type, der produceres på en klimaneutral måde, hvilket gør det afgørende at nå netto nul i 2050.

Vi bad Dr. Emanuele Taibi, leder af Power Sector Transformation Strategies, International Renewable Energy Agency (IRENA) om at forklare, hvad grøn brint er, og hvordan det kan bane vejen for netto nulemissioner. Han er i øjeblikket baseret på IRENA Innovation and Technology Center i Bonn, Tyskland, hvor han er ansvarlig for at hjælpe medlemslandene med at udarbejde strategier for transformation af energisektoren og i øjeblikket styre arbejdet med elsystemets fleksibilitet, brint og lagring som vigtige katalysatorer for energiomstillingen. Dr. Taibi er også medkurator for World Economic Forums Strategic Intelligence-platform, hvor hans team udviklede transformationskortet på brint.

Grønne brintteknologier

Hvad motiverede dig til at udvikle din ekspertise inden for energiteknologier, og hvordan bidrager dit arbejde hos IRENA til det?

Det var under mit speciale. Jeg var i praktik i det italienske nationale agentur for energi og miljø (ENEA), hvor jeg lærte om bæredygtig udvikling og energi og sammenhængen mellem de to. Jeg skrev speciale i management engineering om det og besluttede, at det var det område, hvor jeg ville fokusere mit arbejdsliv. Spol frem næsten 20 års erfaring inden for energi og internationalt samarbejde, en ph.d. i energiteknologi og tid brugt i den private sektor, forskning og mellemstatslige agenturer, jeg leder i øjeblikket elsektortransformationsteamet hos IRENA siden 2017.

Mit arbejde hos IRENA er at bidrage, sammen med mit team og i tæt samarbejde med kolleger på tværs af agenturet og eksterne partnere som World Economic Forum, til at støtte vores 166 medlemslande i energiomstillingen med fokus på vedvarende elforsyning og dens anvendelse til at dekarbonisere energisektoren gennem grønne elektroner såvel som grønne molekyler som brint og dets derivater.

Hvad er grøn brint? Hvordan adskiller den sig fra traditionel emissionsintensiv "grå" brint og blå brint?

Hydrogen er det enkleste og mindste element i det periodiske bord. Uanset hvordan det produceres, ender det med det samme kulstoffrie molekyle. Vejene til at producere det er imidlertid meget forskellige, og det samme er emissionerne af drivhusgasser som kuldioxid (CO2) og metan (CH4).

Grøn brint defineres som brint produceret ved at opdele vand i brint og ilt ved hjælp af vedvarende elektricitet. Dette er en meget anderledes vej sammenlignet med både grå og blå.

Grå brint produceres traditionelt af metan (CH4), opdelt med damp i CO2 - den største synder for klimaændringer - og H2, brint. Grå brint er i stigende grad også blevet produceret af kul, med betydeligt højere CO2-emissioner pr. produceret enhed brint, så meget, at det ofte kaldes brunt eller sort brint i stedet for gråt. Det produceres i industriel skala i dag med tilhørende emissioner, der kan sammenlignes med de kombinerede emissioner fra Storbritannien og Indonesien. Det har ingen energiomstillingsværdi, tværtimod.

Blå brint følger den samme proces som grå, med de yderligere teknologier, der er nødvendige for at fange den CO2, der produceres, når brint spaltes fra metan (eller fra kul) og lagre den på lang sigt. Det er ikke en farve, men snarere en meget bred graduering, da ikke 100% af den producerede CO2 kan fanges, og ikke alle midler til lagring af den er lige effektive på lang sigt. Hovedpointen er, at når man indfanger en stor del af CO2'en, kan klimabelastningen fra brintproduktion reduceres markant.

Der er teknologier (dvs. metanpyrolyse), der rummer et løfte om høje opsamlingshastigheder (90-95%) og effektiv langsigtet lagring af CO2 i fast form, potentielt så meget bedre end blå, at de fortjener deres egen farve i "hydrogentaksonomi regnbue", turkis brint. Metanpyrolyse er dog stadig på pilotstadiet, mens grøn brint hurtigt opskaleres baseret på to nøgleteknologier - vedvarende energi (især fra solceller og vind, men ikke kun) og elektrolyse.

I modsætning til vedvarende energi, som er den billigste kilde til elektricitet i de fleste lande og regioner i dag, skal elektrolyse til grøn brintproduktion opskalere og reducere omkostningerne betydeligt med mindst tre gange i løbet af det næste årti eller to. I modsætning til CCS og metanolyse er elektrolyse imidlertid kommercielt tilgængelig i dag og kan købes fraflere internationale leverandører lige nu.

Grønne brintenergiløsninger

Hvad er fordelene ved energiomstillingsløsninger i retning af en "grøn" brintøkonomi? Hvordan kan vi omstille os til en grøn brintøkonomi fra det sted, hvor vi i dag har grå brint?

Grøn brint er en vigtig brik i energiomstillingen. Det er ikke det næste umiddelbare skridt, da vi først skal fremskynde udbredelsen af vedvarende elektricitet yderligere for at dekarbonisere eksisterende elsystemer, fremskynde elektrificeringen af energisektoren for at udnytte billig vedvarende elektricitet, før vi endelig dekarboniserer sektorer, der er vanskelige at elektrificere - som tung industri, skibsfart og luftfart - gennem grøn brint.

Det er vigtigt at bemærke, at vi i dag producerer betydelige mængder grå brint med høje CO2- (og metan) emissioner: prioritet ville være at begynde at dekarbonisere eksisterende brintefterspørgsel, for eksempel ved at erstatte ammoniak fra naturgas med grøn ammoniak.

Nylige undersøgelser har udløst en debat om begrebet blå brint som et overgangsbrændstof, indtil grøn brint bliver omkostningseffektiv. Hvordan bliver grøn brint omkostningseffektiv i forhold til blå brint? Hvilken slags strategiske investeringer skal der ske i teknologiudviklingsprocessen?

Det første skridt er at sende et signal om, at blå brint skal erstatte grå, da der uden en pris for udledning af CO2 ikke er nogen business case for virksomheder til at investere i komplekse og dyre CO2-opsamlingssystemer (CCS) og geologiske lagringer af CO2. Når rammerne er sådan, at kulstoffattig brint (blå, grøn, turkis) er konkurrencedygtig med grå brint, så bliver spørgsmålet: Skal vi investere i CCS, hvis risikoen er at have strandede aktiver, og hvor hurtigt bliver grøn billigere end blå.

Svaret vil naturligvis variere afhængigt af regionen. I en verden med nettonul, et mål, som flere og flere lande forpligter sig til, skal de resterende emissioner fra blå brint opvejes med negative emissioner. Det kommer til at koste. Parallelt hermed har gaspriserne været meget volatile på det seneste, hvilket har betydet, at prisen på blå brint er stærkt korreleret med gasprisen og ikke blot er udsat for usikkerhed om CO2-priserne, men også for volatiliteten i naturgaspriserne.

For grøn brint kan vi dog være vidne til en lignende historie som solceller. Det er kapitalintensivt, og derfor er vi nødt til at reducere investeringsomkostningerne såvel som investeringsomkostningerne ved at opskalere produktionen af vedvarende teknologier og elektrolysatorer, samtidig med at vi skaber en lavrisikoafgang for at reducere kapitalomkostningerne til investeringer i grøn brint. Dette vil føre til en stabil, faldende pris på grøn brint i modsætning til en flygtig og potentielt stigende pris på blå brint.

Vedvarende energiteknologier nåede allerede i dag et modenhedsniveau, der muliggør konkurrencedygtig produktion af vedvarende elektricitet over hele verden, hvilket er en forudsætning for konkurrencedygtig grøn brintproduktion. Elektrolysatorer anvendes dog stadig i meget lille skala og har brug for en opskalering på tre størrelsesordener i de næste tre årtier for at reducere deres omkostninger tre gange.

I dag er pipelinen for grønne brintprojekter på vej mod en halvering af omkostningerne til elektrolyse inden 2030. Dette kombineret med store projekter, hvor de bedste vedvarende ressourcer er, kan føre til, at konkurrencedygtig grøn brint vil være tilgængelig i stor skala i de næste 5-10 år. Dette giver ikke meget tid til, at blå brint – som stadig er på pilotstadiet i dag – kan skaleres op fra pilotskala til kommerciel skala, iværksætte komplekse projekter (f.eks. langsigtet geologisk CO2-lagring) i kommerciel skala og konkurrencedygtige omkostninger og genoprette de investeringer, der er foretaget i de næste 10-15 år.

Flere regeringer har nu inkluderet brintbrændstofteknologier i deres nationale strategier. I betragtning af de stigende krav til overgang til dekarbonisering af økonomien og muliggøre teknologier med højere kulstofopsamlingsrater, hvad ville være dit råd til politikere og beslutningstagere, der vurderer fordele og ulemper ved grøn brint?

Vi får brug for grøn brint for at opnå nettonulemissioner, navnlig for industri, skibsfart og luftfart. Men det, vi har mest brug for, er:

1) energieffektivitet

2) elektrificering

3) accelereret vækst i produktionen af vedvarende energi.

Når dette er opnået, står vi tilbage med ca. 40 % af efterspørgslen, der skal dekarboniseres, og det er her, vi har brug for grøn brint, moderne bioenergi og direkte brug af vedvarende energi. Når vi yderligere opskalerer vedvarende energi for at dekarbonisere elektricitet, vil vi være i stand til yderligere at udvide kapaciteten til vedvarende energi til at producere konkurrencedygtig grøn brint og dekarbonisere sektorer, der er svære at reducere, med minimale ekstraomkostninger.

Hvor ser du energiteknologier relateret til brint udvikle sig inden 2030? Kan vi forudse brintdrevne erhvervskøretøjer?

Vi ser muligheden for hurtig udbredelse af grøn brint i det næste årti, hvor der allerede er efterspørgsel efter brint: dekarbonisering af ammoniak, jern og andre eksisterende råvarer. Mange industrielle processer, der anvender brint, kan erstatte grå med grøn eller blå, forudsat at CO2 er tilstrækkeligt prissat, eller at der indføres andre mekanismer til dekarbonisering af disse sektorer.

For skibsfart og luftfart er situationen lidt anderledes. Drop-in brændstoffer, der er baseret på grøn brint, men i det væsentlige identiske med jetbrændstof og methanol produceret af olie, kan bruges i eksisterende fly og skibe med minimale eller ingen justeringer. Disse brændstoffer indeholder imidlertid CO2, som skal fanges et eller andet sted og tilsættes brinten, for at blive frigivet igen under forbrændingen: dette reducerer, men løser ikke problemet med CO2-emissioner. Syntetiske brændstoffer kan anvendes inden 2030, hvis de rette incitamenter er på plads til at retfærdiggøre de ekstra omkostninger ved reducerede (ikke eliminerede) emissioner.

I de kommende år kan skibe skifte til grøn ammoniak, et brændstof produceret af grøn brint og kvælstof fra luften, som ikke indeholder CO2, men der skal investeres i at erstatte motorer og tanke, og grøn ammoniak er i dag langt dyrere end brændselsolie.

Brintfly (eller ammoniak) er længere væk, og det vil i bund og grund være nye fly, der skal designes, bygges og sælges til flyselskaber for at erstatte eksisterende jetbrændstofdrevne fly - klart ikke gennemførlige inden 2030: i denne forstand er grønt jetbrændstof - produceret med en kombination af grøn brint og bæredygtig bioenergi - en løsning, der kan implementeres på kort sigt.

Afslutningsvis er de vigtigste tiltag for at fremskynde dekarboniseringen frem til 2030 1) energieffektivitet 2) elektrificering med vedvarende energi 3) hurtig acceleration af produktionen af vedvarende energi (hvilket yderligere vil reducere de allerede lave omkostninger ved vedvarende elektricitet) 4) opskalering af bæredygtig, moderne bioenergi, der bl.a. er nødvendig for at producere grønne brændstoffer, der kræver CO2 5) dekarbonisering af grå brint med grøn brint hvilket vil medføre stordriftsfordele og reducere omkostningerne ved elektrolyse, gøre grøn brint konkurrencedygtig og klar til en yderligere opskalering i 2030'erne mod målet om at opnå nettonulemissioner inden 2050.

World Economic Forum har længe støttet dagsordenen for ren brint siden 2017 og har bl.a. hjulpet med oprettelsen af Hydrogen Council, etableringen af en hydrogen innovation challenge i partnerskab med Mission Innovation og oprettelsen sammen med Energy Transitions Commission af Mission Possible-platformen for at hjælpe med at omstille sektorer, der er svære at reducere, til nettonulemissioner inden 2050. Læs mere om Accelerating Clean Hydrogen Initiative her.