Grøn skibsfart kræver grønt brændstof. Hvordan kommer vi i gang?

A. P. Møller Mærsk har en målsætning om at reducere drivhusgasudledningen fra deres containerskibe til nul i år 2050. Det er en ambitiøs målsætning, da udledningen fra deres flåde er lige så stor som hele Danmarks CO₂-udledning.

Et containerskib har en levetid på omkring 25 år, så det første ‘grønne’ skib skal søsættes lang tid før 2050 for, at hele flåden er grøn i år 2050.

Mærsk er partner i vores forskningsprojekt ‘Clean Shipping on Green Fuel‘, hvor vi undersøger, hvordan det grønne brændstof dimethylæter (forkortet DME) kan produceres, håndteres og omsættes til fremdrift i de store to-takts dieselmotorer, som bruges på containerskibe i dag.

Som det er nu, produceres DME i store mængder i Kina ved forgasning af kul. Det er ikke en bæredygtig løsning, men de eksisterende DME-fabrikker kan konverteres fra kul til bæredygtig biomasse og elektricitet for på den måde at producere grøn DME (figur).

Kina har derfor en vigtig rolle, hvorfor flere store kinesiske virksomheder også deltager i projektet.

Transportsektoren har brug for grønne, flydende brændstoffer

Vi skal hurtigst muligt komme i gang med produktionen af grønne brændstoffer til transportsektoren. Her taler vi ikke om førstegenerations-biobrændstoffer produceret ud fra fødevarer, men andengenerations-biobrændstoffer og de såkaldte elektrofuels, som reelt er bæredygtige.

De grønne brændstoffer er ikke kun en nødvendighed for skibsfarten, men også luftfarten og langdistancetransport med lastbil. Her er en direkte elektrificering med batterier i praksis en umulighed inden for en overskuelig fremtid.

Der er nemlig behov for en meget højere energitæthed, end et batteri kan levere – dertil kræves der flydende brændstoffer.

LÆS OGSÅ: Ved at omdanne metan til CO2 kan vi afhjælpe klimakrisen

Grøn DME kan være løsningen til skibsfarten

DME er et attraktivt skibsbrændstof, da det i modsætning til alle andre grønne alternativer er et fremragende dieselbrændstof.

Det vil sige, at brændstoffet selvantænder hurtigt ved indsprøjtning i motoren.

De andre, grønne alternativer som metanol og flydende naturgas behøver en pilotflamme af diesel for at starte forbrændingen i motoren.

At DME er et godt dieselbrændstof muliggør også en bedre virkningsgrad, dvs. mere fremdrift per brændstofmængde.

Ved forbrænding af DME i motoren produceres der ingen partikler eller sod, og NO_x-udledningen kan holdes tilstrækkelig lav uden brug af gasrensning. DME er ikke giftigt og kan opbevares på flydende form ved afkøling til -25 °C eller ved et tryk på 5 bar.

I forhold til flydende naturgas, som flere skibe bruger i dag, hvor afkølingen skal være -162 °C, er håndtering og opbevaring af DME på skibet meget nemmere, og det er muligt at bruge et køleanlæg. Dermed undgår man afdampning af brændslet, mens man sejler.

I vores forskningsprojekt vil vi udarbejde en forretningsmodel for brug af DME som skibsbrændstof. Og oven i dét udarbejder og sammenligner vi også forretningsmodeller for andre grønne alternativer som flydende naturgas, metanol og ammoniak.

Meget mere energi fra den samme biomasse

DME kan produceres ud fra biomasse – for eksempel halm, træ og restfibre fra biogasanlæg – men kan med fordel produceres som et elektrofuel, hvor tilførsel af brint fra elektrolyse mere end fordobler udbyttet af DME fra biomassen.

På denne måde kan næsten alt kulstoffet i biomassen ende som kulstof i den producerede DME.

Derudover kan brinten produceres, når der er grøn elektricitet tilgængelig i elnettet. Det gør det muligt at udbygge vind- og solenergi, uden at der skal investeres massivt i en udbygning af elnettet for at kunne sende elektriciteten ud af landet, når det virkelig blæser.

Det første skridt i DME-produktionen er forgasning eller pyrolyse af biomasse til produktion af en syntesegas eller syngas. Syngas består af brint og kulilte i det rette forhold.

Forgasning og pyrolyse af biomasse er blevet demonstreret i flere anlæg verden over, men bliver endnu ikke brugt i vid udstrækning, fordi markedet for grønne brændstoffer stadig er for usikkert.

Der er behov for nogle klare, langsigtede rammebetingelser, så virksomhederne kan foretage de nødvendige investeringer uden alt for store risici.

LÆS OGSÅ: Turisme udleder voldsomt store mængder CO2

Bæredygtig biomasse gør den grønne omstilling billigere og mere effektiv

I produktionen af grønne, flydende brændstoffer er der behov for en kulstofkilde. Her kan man, ud over biomasse, bruge CO₂.

CO₂ kan indfanges direkte fra atmosfæren eller ved en punktkilde som for eksempel et biogasanlæg, biomassefyrede kraftværker, cementfabrikker eller affaldsforbrænding.

Det er klart billigst at bruge en punktkilde frem for atmosfæren, fordi koncentrationen af CO₂ i atmosfæren er meget lav (cirka 415 ppm).

Vi tror, at både biomasse og CO₂ vil blive brugt som kulstofkilder i den fremtidige produktion af grønne brændstoffer, men er overbeviste om, at man opnår den billigste og mest effektive produktion ved at bruge bæredygtig biomasse som kulstofkilde.

Det er muligt

Hvis produktionen af grønne brændstoffer baseres på CO₂ som kulstofkilde frem for biomasse, skal der bruges cirka dobbelt så meget grøn elektricitet.

Det er blevet vist i flere studier (for eksempel hos Energistyrelsen), at Danmark kan producere nok bæredygtig biomasse til at dække eget behov i et fremtidigt 100 procent grønt og bæredygtigt samfund.

Hovedparten af denne biomasse er restprodukter fra landbruget, som inkluderer halm, gylle og biogasfibre.

Det er absolut en fordel for både samfund og klima, hvis disse biomasser bidrager med kulstof og energi til produktionen af grønne brændstoffer, inden næringsstofferne i biomassen bringes tilbage til landbrugsjorden, så nye afgrøder kan dyrkes.

Forgasning og pyrolyse af biomasse er nøgleteknologier

Den nuværende brug af biomasse til el- og varmeproduktion har været nødvendig for at sikre en hurtig udfasning af kul. Men løsningen er ikke langtidsholdbar, og vi skal nu lægge konkrete planer for udfasning af disse biomasseanlæg til el- og varmeproduktion.

I fremtiden skal biomasse bruges som kulstofkilde til grønne brændstoffer, kemikalier og plast. Og her er termisk forgasning og pyrolyse nøgleteknologier.

Pyrolyse er den simpleste proces af de to, hvor man ved opvarmning i en ilt-fri atmosfære får biomassen til at dele sig i to fraktioner: en biokulfraktion, som ligner den trækul, man bruger til havegrillen, og så en gasfraktion, der kan konverteres til syngas – der jo som nævnt er første skridt i produktion af DME.

Termisk forgasning er en overbygning på pyrolysen, hvor kulstoffet i biokulet omsættes til gas ved reaktion med vanddamp, CO₂ og/eller ilt.

Udover at pyrolysen er den simpleste proces, så er fordelen, at der produceres biokul, som har jordforbedrende egenskaber på de fleste landbrugsjorde, og samtidig er en simpel måde at trække kulstof ud af atmosfæren på.

Kulstoffet i biokulet er utrolig stabilt og bliver i jorden i mindst 500 år. Fordelen ved forgasning er, at der produceres mere gas – og dermed kan der produceres mere brændstof fra samme biomasse.

Biokul skal kunne betale sig

I dag kan produktion af biokul ikke betale sig, fordi negative kulstof-udledninger ikke kompenseres økonomisk, på samme måde som positive udledninger straffes.

På grund af det manglende incitament til produktion af biokul har fokus hidtil været på at minimere produktionen af biokul, hvilket opnås med forgasning.

Der er flere biomasseforgassere i verden, som er blevet demonstreret i relativ stor skala, hvor gassen er blevet brugt til brændstofproduktion. Disse teknologier er dermed klar til at blive brugt på kommerciel skala, når markedet for grønne brændstoffer er økonomisk attraktivt og tilstrækkelig stort.

LÆS OGSÅ: Hvad styrer vores klima?

De gode eksempler er derude

I Danmark er der primært blevet demonstreret biomasseforgasning til el- og varmeproduktion. Anlæggene ved Skive og Harboøre har været i stabil drift i mange år.

Biomasseforgasning til brændstofproduktion er for nylig demonstreret på DTU i projektet SynFuel, hvor forgasseren var integreret med en såkaldt højtemperatur-elektrolysestak fra virksomheden Haldor Topsøe.

Elektrolysen leverede ilt til forgasseren og brint til syngassen, som derefter blev konverteret til metanol.

Et eksempel på en forgasningsteknologi, som klarer sig på kommercielle vilkår, er ejet af canadiske Enerkem. De bruger husholdningsaffald til produktion af metanol og etanol.

Deres anlæg i Canada omsætter 100.000 tons affald om året og producerer op til 38 millioner liter etanol og metanol. Enerkem har sikret sig 500 millioner dollar til at bygge to anlæg mere; et i Canada og et i Rotterdam, som kan producere 270 millioner liter metanol om året.

Vi skal turde satse på nye teknologier

Brug af affald kan langt fra dække vores behov for grønne brændstoffer, men det viser, hvor veludviklet forgasningsteknologien er på globalt plan.

Det må dog ikke blive en sovepude. Selv Enerkem siger, at den største udfordring er at finde risikovillig kapital til opskalering og udvikling, og det udsagn kan vi kun støtte.

Endnu vigtigere er det dog at få rammebetingelserne på plads, så virksomheder kan investere langsigtet.

LÆS OGSÅ: Fremsynede virksomheder kan drage fordel af klimaudfordringerne

LÆS OGSÅ: Sådan har klimaet forandret sig over millioner af år