Hva er grønt hydrogen og hvorfor trenger vi det

Tiden er inne for å utnytte hydrogenets potensial til å spille en nøkkelrolle i å takle kritiske energiutfordringer. De nylige suksessene med fornybar energiteknologi og elbiler har vist at politikk og teknologiinnovasjon har makt til å bygge globale ren energiindustrier.

Hydrogen fremstår som et av de ledende alternativene for lagring av energi fra fornybar energi med hydrogenbaserte drivstoff som potensielt transporterer energi fra fornybar energi over lange avstander – fra regioner med rikelige energiressurser, til energikrevende områder tusenvis av kilometer unna.

Grønt hydrogen omtalt i en rekke utslippsreduksjonsløfter på FNs klimakonferanse COP26, som et middel til å avkarbonisere tungindustri, langdistansefrakt, skipsfart og luftfart. Regjeringer og industri har begge anerkjent hydrogen som en viktig bærebjelke i en netto nulløkonomi.

The Green Hydrogen Catapult, et FN-initiativ for å få ned kostnadene for grønt hydrogen kunngjorde at det nesten dobler målet for grønne elektrolysatorer fra 25 gigawatt satt i fjor, til 45 gigawatt innen 2027. EU-kommisjonen har vedtatt et sett med lovforslag om å avkarbonisere EUs gassmarked ved å legge til rette for opptak av fornybare og lavkarbongasser, inkludert hydrogen, og for å sikre energisikkerhet for alle borgere i Europa. De forente arabiske emirater øker også ambisjonen, med landets nye hydrogenstrategi som tar sikte på å holde en fjerdedel av det globale lavkarbon hydrogenmarkedet innen 2030, og Japan kunngjorde nylig at de vil investere 3,4 milliarder dollar fra sitt grønne innovasjonsfond for å akselerere forskning og utvikling og fremme av hydrogenbruk i løpet av de neste 10 årene.

Du kan støte på begrepene 'grå', 'blå', 'grønn' som er forbundet når du beskriver hydrogenteknologier. Det hele kommer ned til måten det produseres på. Hydrogen avgir bare vann når det brennes, men å skape det kan være karbonintensivt. Avhengig av produksjonsmetoder kan hydrogen være grått, blått eller grønt – og noen ganger til og med rosa, gult eller turkis. Grønn hydrogen er imidlertid den eneste typen som produseres på en klimanøytral måte, noe som gjør det kritisk å nå netto null innen 2050.

Vi ba Dr. Emanuele Taibi, leder for Power Sector Transformation Strategies, International Renewable Energy Agency (IRENA) om å forklare hva grønt hydrogen er og hvordan det kan bane vei mot netto nullutslipp. Han er for tiden basert på IRENA Innovation and Technology Center i Bonn, Tyskland, hvor han er ansvarlig for å bistå medlemslandene med å utarbeide strategier for transformasjonen av kraftsektoren, og for tiden administrere arbeidet med kraftsystemfleksibilitet, hydrogen og lagring som viktige tilretteleggere for energiomstillingen. Dr Taibi er også medkurator for World Economic Forums Strategic Intelligence-plattform, der teamet hans utviklet transformasjonskartet på Hydrogen.

Grønn hydrogenteknologi

Hva motiverte deg til å utvikle din kompetanse innen energiteknologi og hvordan bidrar arbeidet ditt i IRENA til det?

Det var under masteroppgaven min. Jeg var praktikant i det italienske nasjonale byrået for energi og miljø (ENEA), hvor jeg lærte om bærekraftig utvikling og energi, og nexus mellom de to. Jeg skrev avhandlingen min i ledelsesteknikk om det og bestemte meg for at dette var området der jeg ønsket å fokusere arbeidslivet mitt. Spol frem nesten 20 års erfaring innen energi og internasjonalt samarbeid, doktorgrad i energiteknologi og tid brukt i privat sektor, forskning og mellomstatlige etater, jeg leder for tiden kraftsektorens transformasjonsteam ved IRENA siden 2017.

Mitt arbeid i IRENA er å bidra, med teamet mitt og i nært samarbeid med kolleger på tvers av byrået og eksterne partnere som World Economic Forum, for å støtte våre 166 medlemsland i energiomstillingen, med fokus på fornybar strømforsyning og bruk av energisektoren gjennom grønne elektroner samt grønne molekyler som hydrogen og dets derivater.

Hva er grønt hydrogen? Hvordan skiller det seg fra tradisjonelt utslippsintensivt "grått" hydrogen og blått hydrogen?

Hydrogen er det enkleste og minste elementet i det periodiske bordet. Uansett hvordan det produseres, ender det opp med det samme karbonfrie molekylet. Veiene for å produsere det er imidlertid svært varierte, og det samme er utslippene av klimagasser som karbondioksid (CO2) og metan (CH4).

Grønt hydrogen defineres som hydrogen produsert ved å dele vann i hydrogen og oksygen ved hjelp av fornybar elektrisitet. Dette er en helt annen vei sammenlignet med både grå og blå.

Grå hydrogen produseres tradisjonelt fra metan (CH4), delt med damp i CO2 – den viktigste synderen for klimaendringer – og H2, hydrogen. Grå hydrogen har i økende grad også blitt produsert av kull, med betydelig høyere CO2-utslipp per produsert hydrogenenhet, så mye som ofte kalles brunt eller svart hydrogen i stedet for grått. Den produseres i industriell skala i dag, med tilhørende utslipp som kan sammenlignes med de kombinerte utslippene fra Storbritannia og Indonesia. Den har ingen energiovergangsverdi, tvert imot.

Blått hydrogen følger samme prosess som grått, med de ekstra teknologiene som er nødvendige for å fange CO2 produsert når hydrogen er delt fra metan (eller fra kull) og lagre det på lang sikt. Det er ikke en farge, men snarere en veldig bred gradering, da ikke 100% av den produserte CO2-en kan fanges, og ikke alle måter å lagre den på er like effektive på lang sikt. Hovedpoenget er at fangst av store deler av CO2, klimapåvirkningen av hydrogenproduksjon kan reduseres betydelig.

Det finnes teknologier (dvs. metanpyrolyse) som holder et løfte om høye fangstrater (90-95%) og effektiv langtidslagring av CO2 i fast form, potensielt så mye bedre enn blå at de fortjener sin egen farge i "hydrogen taksonomi regnbue", turkis hydrogen. Imidlertid er metan pyrolyse fortsatt på pilotstadiet, mens grønt hydrogen raskt skaleres opp basert på to viktige teknologier - fornybar kraft (spesielt fra solenergi og vind, men ikke bare) og elektrolyse.

I motsetning til fornybar kraft, som er den billigste strømkilden i de fleste land og regioner i dag, må elektrolyse for grønn hydrogenproduksjon skaleres betydelig opp og redusere kostnadene med minst tre ganger i løpet av det neste tiåret eller to. I motsetning til CCS og metanpyrolyse er elektrolyse imidlertid kommersielt tilgjengelig i dag og kan anskaffes fraflere internasjonale leverandører akkurat nå.

Grønne hydrogenenergiløsninger

Hva er fordelene med energiomstillingsløsninger mot en "grønn" hydrogenøkonomi? Hvordan kan vi gå over til en grønn hydrogenøkonomi der vi for tiden er med grå hydrogen?

Grønt hydrogen er en viktig del av energiomstillingen. Det er ikke det neste umiddelbare skrittet, da vi først må akselerere distribusjonen av fornybar elektrisitet ytterligere for å avkarbonisere eksisterende kraftsystemer, akselerere elektrifisering av energisektoren for å utnytte billig fornybar elektrisitet, før vi til slutt avkarboniserer sektorer som er vanskelige å elektrifisere – som tungindustri, skipsfart og luftfart – gjennom grønt hydrogen.

Det er viktig å merke seg at vi i dag produserer betydelig mengde grått hydrogen, med høye CO2-utslipp (og metan): Prioritet vil være å begynne å avkarbonisere eksisterende hydrogenbehov, for eksempel ved å erstatte ammoniakk fra naturgass med grønn ammoniakk.

Nyere studier har utløst en debatt om begrepet blått hydrogen som overgangsdrivstoff til grønt hydrogen blir kostnadseffektivt. Hvordan ville grønt hydrogen bli kostnadseffektivt konkurransedyktig overfor blått hydrogen? Hva slags strategiske investeringer må skje i teknologiutviklingsprosessen?

Det første trinnet er å gi et signal om at blått hydrogen skal erstatte grått, som uten pris for utslipp av CO2, det er ingen forretningssak for selskaper å investere i komplekse og kostbare karbonfangstsystemer (CCS) og geologiske lagringer av CO2. Når rammeverket er slik at lavkarbon hydrogen (blå, grønn, turkis) er konkurransedyktig med grått hydrogen, blir spørsmålet: skal vi investere i CCS hvis risikoen er å ha strandede eiendeler, og hvor snart vil grønt bli billigere enn blått.

Svaret vil selvfølgelig variere avhengig av regionen. I en netto nullverden, et mål som stadig flere land forplikter seg til, må de gjenværende utslippene fra blått hydrogen kompenseres med negative utslipp. Dette vil komme til en kostnad. Parallelt har gassprisene vært svært volatile i det siste, noe som etterlater blå hydrogenpris svært korrelert med gassprisen, og eksponert ikke bare for CO2-prisusikkerhet, men også for naturgassprisvolatilitet.

For grønt hydrogen kan vi imidlertid være vitne til en lignende historie som solenergi PV. Det er kapitalintensivt, derfor må vi redusere investeringskostnadene så vel som kostnadene ved investeringer, gjennom oppskalering av produksjon av fornybar teknologi og elektrolysatorer, samtidig som vi skaper et lavrisikoavtak for å redusere kapitalkostnadene for grønne hydrogeninvesteringer. Dette vil føre til en stabil, redusert kostnad for grønt hydrogen, i motsetning til en flyktig og potensielt økende kostnad for blått hydrogen.

Fornybare energiteknologier nådde et modenhetsnivå allerede i dag som muliggjør konkurransedyktig fornybar elektrisitetsproduksjon over hele verden, en forutsetning for konkurransedyktig grønn hydrogenproduksjon. Elektrolysatorer er imidlertid fortsatt utplassert i svært liten skala, og trenger en skala opp av tre størrelsesordener i løpet av de neste tre tiårene for å redusere kostnadene tre ganger.

I dag er rørledningen for grønne hydrogenprosjekter i rute for en halvering av elektrolyserkostnaden før 2030. Dette, kombinert med store prosjekter lokalisert der de beste fornybare ressursene er, kan føre til at konkurransedyktig grønt hydrogen blir tilgjengelig i stor skala i løpet av de neste 5-10 årene. Dette gir ikke mye tid til blått hydrogen – fortsatt på pilotstadiet i dag – til å skalere opp fra pilot til kommersiell skala, ta i bruk komplekse prosjekter (f.eks. langtidslageret for geologisk CO2) i kommersiell skala og konkurransedyktig pris, og utvinne investeringene som er gjort de neste 10-15 årene.

Flere regjeringer har nå inkludert hydrogendrivstoffteknologier i sine nasjonale strategier. Gitt de økende kravene til overgang til avkarbonisering av økonomien og muliggjørende teknologier med høyere karbonfangstrater, hva ville være ditt råd til beslutningstakere og beslutningstakere som evaluerer fordeler og ulemper med grønt hydrogen?

Vi trenger grønt hydrogen for å nå nullutslipp, spesielt for industri, skipsfart og luftfart. Det vi imidlertid trenger mest er:

1) energieffektivitet;

2) elektrifisering;

3) akselerert vekst av fornybar kraftproduksjon.

Når dette er oppnådd, sitter vi igjen med ca. 40% av etterspørselen etter å bli avkarbonisert, og det er her vi trenger grønt hydrogen, moderne bioenergi og direkte bruk av fornybar energi. Når vi videre skalerer opp fornybar kraft for å avkarbonisere elektrisitet, vil vi være i stand til å utvide fornybar kraftkapasitet ytterligere for å produsere konkurransedyktig grønt hydrogen og avkarbonisere sektorer som er vanskelige å avta til minimale ekstra kostnader.

Hvor ser du energiteknologier knyttet til hydrogenutvikling innen 2030? Kan vi forutse hydrogendrevne nyttekjøretøy?

Vi ser muligheten for rask opptak av grønt hydrogen i det neste tiåret der hydrogenetterspørselen allerede eksisterer: avkarbonisere ammoniakk, jern og andre eksisterende råvarer. Mange industrielle prosesser som bruker hydrogen kan erstatte grått med grønt eller blått, forutsatt at CO2 er tilstrekkelig priset eller andre mekanismer for avkarbonisering av disse sektorene er på plass.

For skipsfart og luftfart er situasjonen litt annerledes. Drop-in drivstoff, basert på grønt hydrogen, men i hovedsak identisk med jetbrensel og metanol produsert av olje, kan brukes i eksisterende fly og skip, med minimal til ingen justeringer. Imidlertid inneholder disse drivstoffene CO2, som må fanges fra et sted og legges til hydrogenet, som skal slippes ut igjen under forbrenning: dette reduserer, men løser ikke problemet med CO2-utslipp. Syntetisk drivstoff kan tas i bruk før 2030, dersom de riktige insentivene er på plass for å rettferdiggjøre de ekstra kostnadene ved reduserte (ikke eliminerte) utslipp.

I de kommende årene kan skip bytte til grønn ammoniakk, et drivstoff produsert av grønt hydrogen og nitrogen fra luften, som ikke inneholder CO2, men investeringer vil være nødvendig for å erstatte motorer og tanker, og grønn ammoniakk er for tiden mye dyrere enn drivstoffolje.

Hydrogenfly (eller ammoniakk) er lenger unna, og disse vil i hovedsak være nye fly som må utformes, bygges og selges til flyselskaper for å erstatte eksisterende jetdrivstoffdrevne fly – tydeligvis ikke mulig innen 2030: i denne forstand er grønt jetdrivstoff – produsert med en kombinasjon av grønt hydrogen og bærekraftig bioenergi – en løsning som kan tas i bruk på kort sikt.

Avslutningsvis er de viktigste tiltakene for å akselerere avkarbonisering mellom nå og 2030 1) energieffektivisering 2) elektrifisering med fornybar 3) rask akselerasjon av fornybar kraftproduksjon (som ytterligere vil redusere de allerede lave kostnadene for fornybar elektrisitet) 4) oppskalering av bærekraftig, moderne bioenergi, som trengs - blant annet - for å produsere grønt brensel som krever CO2 5) avkarbonisering av grå hydrogen med grønt hydrogen, som ville bringe skala og redusere kostnadene ved elektrolyse, noe som gjør grønt hydrogen konkurransedyktig og klart for en videre oppskalering på 2030-tallet, mot målet om å nå netto nullutslipp innen 2050.

World Economic Forum er en mangeårig tilhenger av den rene hydrogenagendaen siden 2017, etter å ha hjulpet - blant annet - med etableringen av Hydrogen Council, etableringen av en hydrogeninnovasjonsutfordring i samarbeid med Mission Innovation, og etableringen, sammen med Energy Transitions Commission, av Mission Possible-plattformen for å bidra til å overføre vanskelig å avta sektorer til netto nullutslipp innen 2050. Les mer om Akselererende rent hydrogeninitiativ her.