'Power-to-X' skal forvandle blæsevejr til grønne brændstoffer - og udviklingen har rykket sig markant
I det anerkendte tidsskrift Science viser en række danske forskere, at elektrolyseteknologien SOEC har udviklet sig kraftigt de seneste 10 år - og det er vigtigt for den grønne omstilling.
Vindmøller_syntetisk

Når vindmøllerne producerer mere strøm, end vi kan nå at forbruge, bør vi lagre den overskydende energi som CO2-neutrale syntetiske brændstoffer. De syntetiske brændstoffer kan nemlig uden videre fyldes i en almindelig bilmotor, og en ny elektrolyseteknologi har vist sig at være utrolig effektiv. (Foto: Shutterstock)

Når vindmøllerne producerer mere strøm, end vi kan nå at forbruge, bør vi lagre den overskydende energi som CO2-neutrale syntetiske brændstoffer. De syntetiske brændstoffer kan nemlig uden videre fyldes i en almindelig bilmotor, og en ny elektrolyseteknologi har vist sig at være utrolig effektiv. (Foto: Shutterstock)

Har du lagt mærke til, at betegnelsen Power-to-X efterhånden er blevet det nye buzzword, når snakken falder på grøn omstilling?

Du ved måske allerede, at det er noget med et elektrolyseanlæg, der groft sagt omdanner strøm fra vind- og solenergi til brint,  så det kan bruges på en række forskellige måder (heraf x'et). I så fald er du på rette spor. 

Teknologien er faktisk udråbt som fremtidens drivaksel, når det kommer til at få grønne brændsler, de såkaldte elektrofuels, puttet i tanken på tung transport som eksempelvis fly og skibe, da de ikke sådan lige kan køre på strøm. 

Regeringen har satset masstivt på Power-to-X, hvor Statsminister Mette Frederiksen (S) tidligere har udtalt, at teknologi er en helt central brik i kampen om at reducere CO2-udledningen med 70 procent i 2030.

»Vi når kun en 70 procent målsætning – og det skal vi i 2030 – med innovation. Med ny teknologi,« lød det fra Mette Frederiksen i en tale til Dansk Erhverv, hvilket Information har beskrevet

Og når det kommer til at udvikle klimavenlige brændstoffer og forskning i elektrolyseteknologi, er vi i Danmark med helt fremme i feltet. 

Der er fart på udviklingen af elektrolyseteknologier

Det viser sig blandt andet i et dugfrisk review i det anerkendte tidsskrift Science, hvor en række danske forskere har samlet al den nuværende forskning på området.

I oversigtsartiklen viser forskerne, hvordan en af de tre store elektrolyseteknologier kaldet SOEC (solid oxide electrolysis cells) efter 10-15 år i prøvestadiet nu er »moden« til at skulle stå sin virkelige prøve i marken – altså i industrielle anlæg.

»SEOC er en elektrolyseteknologi, der har udviklet sig enormt over de sidste 15 år. Det er både i ydeevne, i levetid og i opskalering af teknologien. Vi er gået fra kun at lave små forsøg og tests i laboratoriet af kortere varighed, til nu at kunne demonstrere det på et anlæg,« siger førsteforfatter og professor Anne Hauch ved DTU Energi Institut for energikonvertering og -lagring til Videnskab.dk. 

Kort sagt består teknologien af at anvende elektrolyseceller, der bruger elektricitet fra vind og sol til at spalte vandmolekyler til brint og ilt.

Derudover er det muligt, lidt forsimplet, at bruge CO2 og kombinere det med brint, som man får fra strøm eksempelvis vindmøller.

Via en række kemiske processer ender det som brændstoffer, elektrofuels, som kan drive et fartøj uden at afgive ekstra CO2 til atmosfæren eller bruges til fremstille kemikalier, hvilket du kan se i grafikken herunder.

I artiklen 'Elektrolyse gør al energi fra vindmøller værdifuld' har flere DTU-forskere på Videnskab.dk's platform Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler, gravet et spadestik dybere i forhold til selve elektrolyseteknologien. 

Om elektrolyseteknologi


Via selve elektrolyseprocessen kan elektrolyseanlæg bidrage med at kunne regulere elnettet, mens elektrolysens slutprodukt – brint og syntetiske brændsler – kan lagres, så det kan anvendes  til energiproduktion. 

Da vi i Danmark udbygger vores vedvarende energikilder i form af vind- og solenergi, der som bekendt kan svinge i intensitet, vil der være et behov for at konvertere energien fra elektricitet til andre energiformer.

Et af problemerne med strømmen fra sol og vind er nemlig, at den er svær at opbevare. Hvis det blæser meget kan en vindmølle for eksempel skabe en masse strøm, men strømmen kan gå til spilde, hvis ikke den kan lagres og gemmes til dage med vindstille vejr.

Og det er her, at elektrolyseenergierne blandt andet kan spille en rolle, fordi det vil gøre det muligt at lagre den strøm, der produceres, når der er knald på vindmøllerne.

SOEC-teknologien viser lovende takter

På nuværende tidspunkt dyster SOEC-teknologien med to andre teknologier på markedet om at få vindmøllestrøm ned i tanken på tunge transportmidler. Det er elektrolyseteknologierne AEC (alkalisk) og PEMEC. 

Alkaliske elektrolyseanlæg er allerede på markedet i megawatt-skala og har været det i årevis. Så hvorfor skal vi egentlig bruge andre elektrolyseteknologier? 

Det skal vi, fordi de hver især bidrager til den grønne omstilling, og særligt SOEC-teknologien er den mest effektive elektrolyseteknologi, som vi skal have integreret i vores energinet, siger Anne Hauch.   

»Vi viser i vores artikel i Science, at SOEC har den mest effektive omsætning fra elektrisk energi, som kommer fra eksempelvis vindmøller, til syntetiske brændsler. Derudover er en fordel ved SOEC-teknologien, at vi også får muligheden for at producere en effektiv elektrolyse af CO2.«

Sammen med en række DTU-kolleger har Anne Hauch arbejdet med elektrolyseteknologi de sidste 15 år.

På DTU-Energy arbejder de tæt sammen med virksomheden Haldor Topsøe, der allerede på nuværende tidspunkt sælger teknologien på markedet. Og man skal ikke længere end til Salzgitter i Tyskland, hvor der allerede står et SOEC-elektrolyseanlæg, der leverer 720 Kw. Så teknologien har fundet vej til markedet i andre lande.

I bunden af artiklen kan du læse mere om de tre elektrolyseteknologier. 

elektrolyseanlæg

På tegningen er det illustreret, hvordan et SOEC-anlæg fungerer. Elektrolyseanlægget anvendes både som elektrolysator og brændselscelle, der kan producere syntetisk brændstof, når fra strøm fra vndmøllerne. Det betyder, at det vil være muligt at bruge vindenergi til at lave syntetiske brændsler til vores transportsektor. Derudover kan CO2 bruges til fremstillingen af elektrofuels, og de kan opsamles enten fra luften eller fra kraftværker baseret på biobrændsel. Og da CO2 indgår i elektrolyseprocessen, øges CO2-mængden i atmosfæren ikke, når for eksempel syntetisk benzin bruges i bilerne. De syntetiske brændstoffer er derfor CO2-neutrale. (Ilustration: A. Hauch et al., Science)

Skal stå sin prøve i virkeligheden

Potentialet er der bestemt og teknologien har fundet vej ud i Europa. Men SOEC-teknologien mangler for alvor at blive hevet ud af laboratoriet og stå sin prøve i virkeligheden, lyder det fra Søren Knudsen Kær, der er ph.d. i Termisk Energiteknik og professor på Aalborg Universitet.

Han forsker i elektrolyseteknologier og har skimmet artiklen i Science for Videnskab.dk. 

»SOEC-teknologien har helt klart nogle effektivitetsmæssige fordele, men lige nu er det til dels stadig teoretiske fordele, hvor det er vist i lille skala i virkelighedsnære faciliteter, som eksempelvis i et anlæg i Foulum i Aarhus. Så teknologien mangler at vise noget i større skala, med den fulde termiske procesintegration,« siger professoren.

Søren Knudsen Kær mener dog, at SOEC har en berettigelse i fremtidens energisystem og kalder Science-artiklen for »veludført«.  

Men han advarer imod, at vi venter på, at et »teknologi-fix« et sted ude i fremtiden vil fikse klimaforandringerne. 

»Den bedste vej for klimaet er ikke at vente på noget, der er på så tidligt et stadig som SOEC, men også at bruge den nuværende teknologi. SOEC er ikke den teknologi, der kommer til at bære klimareduktionerne mod 2030, men det er en af de teknologier, vi skal holde øje med,« konstaterer Søren Knudsen Kær, der ikke har deltaget i det nye review.

Om elektrofuels


En ny type brændstoffer er helt central for en mere klimavenlig verden, og der kan elektrofuels blive den helt store spiller.

Fly og skibe – som globalt udleder store mængder CO2 – kan drives frem af såkaldte elektrobrændstoffer, også kaldet elektrofuels. Simpelt fortalt bruger strøm fra vindmøller i en kemisk proces og kombinerer det med brint, som man får fra strøm, der er blevet skabt af for eksempel vindmøller.

Det giver brændstoffer, som populært sagt kører på CO2, og som driver fartøjet frem uden at afgive ekstra CO2 til atmosfæren.

Power-to-X og brint er afgørende for at omstille den grønne transport

Om det er den ene eller den anden elektrolyseteknologi, der anvendes, vil endemålet være det samme:

Power-to-X og brint vil blive afgørende for at få kørt den tunge transport over på grønne brændsler, siger Brian Vad Mathiesen, der er professor i energiplanlægning ved Aalborg Universitet og medforfatter på studiet.

Ligesom Anne Hauch ser han spændende perspektiver i SOEC, fordi virkningsgraden er højere, og det vil være muligt at lave et elektrolyseanlæg af materialer, der er billigere end med de andre teknologier.

En høj virkningsgrad er særligt vigtigt i den her sammenhæng. For jo højere virkningsgrad, desto lavere er energitabet til omgivelserne. Med SOEC-teknologien kan man altså omsætte mere af strømmen til brint.

Brian Vad Mathiesen påpeger samtidig, at det er oplagt, at vi i Danmark går forrest med forskning i elektrolyseteknologien. 

Grunden til, at det er særdeles attraktivt for Danmark, er, fordi vi allerede har en høj andel af vedvarende energikilder. Danmark kan altså fungere som testcenter for integration af vedvarende energi, Power-to-X-teknologier og som producent af bæredygtige brændsler til den tunge transport, mener energiforskeren. 

»Vi har allerede delkomponenterne i Danmark, og det er nu, vi skal vise, at det kan komme op i stor skala.«

Vi skal huske realismen

Både Brian Vad Mathiesen og Anne Hauch har efterhånden arbejdet med Power-to-X i over et årti, og de har glædeligt noteret sig, at de folkevalgte har sat brint og elektrolyseteknologi på dagsordenen.

»Det er helt centralt, at vi får den tunge transport, der er sværere at elektrificere, over på elektrofuels, hvis vi skal indfri klimaambitionerne. Men det er samtidig vigtigt, at vi også har en realisme omkring, hvad vi kan nå lige nu,« understreger Brian Vad Mathiesen og påpeger, at vi godt kan få biler til at køre på el, men at det i højere grad kniber med fly og skibe. Derfor er der brug for elektrofuels.

»Vi kan nok godt nå en elektrolysekapacitet på 1 eller 1,5 gigawatt i 2030, hvilket stadig vil være at betragte som demonstrationsbasis. Men det kræver, at vi udbygger med vedvarende energi, at vi forsker i alle elektrolyseteknologier, og vi tænker os godt om implementeringsfasen,« fortsætter forskeren, der har været med til at udarbejde en diger handlingsplan for anvendelse af elektrolyse i Danmark.

Brian Vad Mathiesen indskyder, at elektrofuels samtidig vil et mere bæredygtigt alternativ til biobrændstoffer, som regeringen i det nye klimaudspil vil se nærmere på, og som forskere kalder »vanvittigt« i Politiken. 

Det kritiseres særligt for, at biobrændstoffer koster skove livet, og at de er værre for klimaet end benzin.

Red verden: Stort tema i gang


I en stor serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Du kan debattere løsninger med knap 6.000 andre danskere i Facebook-gruppen Red Verden.

Der skal en god udbygning til

Men hvis vi kigger ind i krystalkuglen, hvad bringer fremtiden så for udbygningen af elektrolyseanlæg og SOEC-teknologien?

Før det for alvor begynder at batte noget, kræver det ifølge seniorforsker ved DTU Henrik Lund Frandsen, at der er nogen, der kan se en forretning i det. Der skal altså investeres i teknologien, ellers får den ikke en chance på markedet.

Derudover skal der ske en udbygning af vindmøller i Danmark, så der kan produceres en del flere gigawatt fra vindmøller, end vi formår på nuværende tidspunkt.

»Vi skal cirka op i en faktor tre, i forhold til hvor vi er lige nu. I Danmark er kapaciteten på omtrent 6 gigawatt på vindmøller, så skal vi op på 16-18 gigawatt. Og ud af de 18 gigawatt, så skal der gå en tredjedel til elektrolyse,« forklarer Henrik Lund Frandsen, der er seniorforsker ved Institut for Energikonvertering ved DTU.

Konkurrerer på bæredygtighed, ikke pris

Det smarte ved elektrobrændstoffer er dog, at de kan puttes ned i tanken på din bil eller i flyet, som de ser ud i dag. Det kræver ingen andre store omstillinger end at få produktionen sat i gang.

Og ingen af de forskere, Videnskab.dk har talt med, mener, at den ene elektrolyseteknologi nødvendigvis udelukker den anden.

»Lige nu er SOEC-teknologien for dyr, og udfordringen er især, at det er dyrt at etablere store produktionsanlæg,« erkender Anne Hauch.

Professoren peger imidlertid på, at der allerede skyder flere store anlæg op både i Rotterdam og Tyskland, så teknologien er for alvor ved at slå rødder i andre lande og nu ligeledes i industriel-skala i Danmark. 

Henrik Lund Frandsen supplerer og peger på en anden væsentlig udfordring for elektrolyseteknologien:

»På nuværende tidspunkt konkurrerer teknologien med, at det er gratis at pumpe fossile brændstoffer op af jorden, og vil være det i lang tid.«  

Brian Vad Mathiesen er enig i, at elprisen er en af de store udfordringer på nuværende tidspunkt, når det handler om at udbygge elektrolyseteknologien. 

Han slutter imidlertid af med at konstatere:

»Men elektrolyseteknologien kan i høj grad konkurrere på bæredygtighed.« 

Tre elektrolyseteknologier står på spring

På nuværende tidspunkt er der tre elektrolyseteknologier, der står på spring, og de har alle sammen deres fordele om ulemper: 

Alkalisk elektrolyse (AEC):

Det er den teknologi, der har været på markedet i længst tid.

Teknologien har ifølge forskerne en meget lavere virkningsgrad - det vil sige, der kræves mere strøm for samme produktion af gas/syntetiske brændsler - end SOEC. Men den kan stadig siges at være attraktiv, fordi den ikke anvender ædelmetaller. Det er samtidig den teknologi, der er længst fremme på markedet. 

PEMEC:

Det er en elektrolyseteknologi, der minder om alkalisk elektrolyse og foregår ved lav temperatur.

Teknologien kan køre med højere strømtæthed end alkaliske anlæg og er derfor oplagt, når anlæg skal være kompakte.Udfordringen med PEM er imidlertid, at den anvender ædelmetaller som katalysator. Det betyder, at PEM-elektrolyseanlæg er dyrere at anvende, og teknologiens implementering hindres af de højere omkostninger og mængden af iridium tilgængeligt på jorden.

Desuden kræves der væsentlig større elektrisk energi input i forhold til SOEC ved elektrolyse af CO2.

SOEC:  

SOEC-anlæg anvender keramiskelektrolytter, som er billigt materiale, og denne teknologi kan siges at være mere attraktiv set fra et økonomisk perspektiv – specielt på grund af den høje virkningsgrad. Samtidig giver SOEC mulighed for ikke bare højeffektiv H2O elektrolyse til H2-produktion, men også CO2-elektrolyse - altså CO2+brint (H2-elektrolyse), hvorved der produceres syntesegas. SOEC har ligeledes den fordel at kunne termisk integreres med produktion af blandt andet methanol, diethylether, syntetiske brændstoffer og ammoniak, forklarer forskerne til Videnskab.dk. 

f1.large

Opdelingen af ​​H2O eller CO2 sker ved elektrode med fast oxidelektrolyse (SOEC). Flere celler kombineres i SOEC-stakke, der er som en slags batterier sat ved siden af hinanden, og som igen kombineres til SOEC-planter. Når der anvendes vedvarende elektricitet, kan produktionen af ​​transportbrændstoffer og kemikalier afkobles fra fossile ressourcer. SOEC'er fungerer ved forhøjede temperaturer, hvilket resulterer i elektrolyseeffektiviteter, der ikke kan opnås ved andre elektrolyseteknologier. Illustrationer: A. Hauch et al., Science

Red Verden med Videnskab.dk

I en konstruktiv serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Vi tager fat på en lang række emner – fra atomkraft og indsatser for at redde dyrene til, om det giver bedst mening bare at spise mindre kød.

Hvad siger videnskaben? Hvad kan man selv gøre hjemme fra sofaen for at gøre en forskel?

Du kan få mange gode tips og råd i vores Facebook-gruppe, hvor du også kan være med i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.