Hvordan lagring og transport av hydrogen kan drive frem en bærekraftig energirevolusjon

Hydrogen har i de senere årene blitt ansett som et av de mest lovende alternativene for å oppnå lavkarbonomstillinger i flere industrier, fra transport til energi. Dette skyldes både dets evne til å lagre energi effektivt og dets potensiale som en ren energikilde. Men utviklingen av hydrogen som energibærer er ikke uten utfordringer. Lagring og transport av hydrogen er en kompleks prosess som krever både teknologiske innovasjoner og omfattende investeringer.

Hydrogen er et svært lett gass, og det er utfordrende å lagre det på en sikker og økonomisk bærekraftig måte. Det finnes flere metoder for hydrogenlagring, hver med sine fordeler og ulemper. Den mest utbredte metoden er komprimering, hvor hydrogen lagres i høytrykkstanker. Selv om dette er relativt kostnadseffektivt, kan det føre til høyere energiforbruk ved komprimering og risiko for lekkasje. En annen metode er flytende hydrogen, som oppnås ved å kjøle gassen til svært lave temperaturer, noe som krever avanserte kryogene teknologier. Denne metoden gir høyere energitetthet, men er også mer kostbar og teknologisk krevende.

Transporten av hydrogen er en annen kritisk utfordring. Den kan transporteres som komprimert gass i rørledninger eller lastebiler, eller som flytende hydrogen i tankskip. For lange avstander kan transport av flytende hydrogen være mer økonomisk, men dette krever utvikling av infrastrukturer som er i stand til å håndtere ekstremt lave temperaturer. Videre er det nødvendig med et omfattende nettverk av hydrogenstasjoner og distribusjonsanlegg for å gjøre hydrogen tilgjengelig i stor skala.

For å kunne realisere dette potensialet er det viktig at alle aspekter av hydrogenøkonomien, fra produksjon til lagring og distribusjon, får tilstrekkelig støtte. Dette innebærer utvikling av mer effektive produksjonsmetoder, for eksempel ved bruk av fornybar energi til å produsere hydrogen gjennom elektrolyse. Et mål er å øke andelen fornybart produsert hydrogen i den totale energimiksen, som vil være en nøkkelkomponent i arbeidet mot å nå globale klimamål som Parisavtalen.

Samlet sett er hydrogen en kritisk komponent for fremtidens energiutfordringer. Dets rolle i lagring og transport av energi, spesielt i de sektorene som er vanskeligst å elektrifisere, kan være avgjørende for å oppnå både karbonnøytralitet og en mer bærekraftig økonomi. I tillegg vil utviklingen av hydrogenindustri skape nye økonomiske muligheter og arbeidsplasser, noe som ytterligere understreker betydningen av denne teknologien for fremtidens globale energilandskap.

Det er også viktig for leseren å forstå at utviklingen av hydrogen ikke er en umiddelbar løsning på verdens energiproblemer, men heller et langsiktig mål. Det krever tverrfaglig samarbeid mellom regjeringer, forskningsinstitusjoner, private aktører og forbrukere. Tross for utfordringene er den potensielle gevinsten betydelig, både for økonomien og for miljøet, og det er avgjørende at vi fortsetter å investere i forskning og utvikling for å gjøre hydrogen til en viktig del av fremtidens energiløsninger.

Hvordan kan ammoniakk brukes som en karbonfri energikilde i fremtiden?

Ammoniakk har blitt ansett som en potensiell løsning for lagring og transport av hydrogen, med mange fordeler som lav pris, eksisterende infrastruktur og nullutslipp. Under påvirkning av en katalysator kan ammoniakk omdannes til hydrogen, som kan brukes i brenselceller for høy-effektiv energiproduksjon. På denne måten kan ammoniakk muliggjøre et karbonfritt energisystem gjennom en lukket økonomi som binder sammen hydrogenproduksjon, energilagring og transport.

Den store utfordringen med å bruke ammoniakk som energilagring ligger imidlertid i teknologien for effektiv nedbrytning av ammoniakk ved lave temperaturer (80–150 °C) og ren hydrogenseparering før den kan brukes i brenselceller, spesielt i protongjennomgangsmembranbrenselceller (PEMFC). For å realisere den komplette “ammoniakkøkonomien” må flere teknologiske utfordringer overvinnes. Blant annet må metoder for effektiv og grønn syntese av ammoniakk utvikles, der nitrogen fra luften og vann direkte kan omdannes til ammoniakk uten at det medfører store energikostnader.

I dag brukes tradisjonelle metoder som Haber-Bosch-prosessen til å syntetisere ammoniakk, hvor nitrogen og hydrogen reagerer under høyt trykk og temperatur for å produsere ammoniakk. Denne prosessen har høy energibruk, og bidrar til store utslipp av karbondioksid. Ammoniakk syntetisert på denne måten utgjør over 85 % av den globale produksjonen og brukes hovedsakelig som gjødsel i landbruket. Produksjonen er imidlertid svært energikrevende og krever en stor mengde fossile brensler for å produsere hydrogen fra metan, noe som bidrar til den totale karbonbelastningen.

I nyere tid har nye metoder for grønn ammoniakk syntese begynt å få fotfeste. Spesielt har elektrolyse av vann for å produsere hydrogen og etterfølgende separasjon av nitrogen blitt en lovende vei for å oppnå en bærekraftig produksjon. Teknologier som kjemisk sløyfe ammoniakk syntese (CLAS) og elektro kjemisk ammoniakk syntese (ECAS) tilbyr forbedrede løsninger med lavere energibruk og mulighet for desentralisert produksjon basert på fornybar energi. Kjemisk sløyfe-metodene er kjent for sin høye energieffektivitet, der forskjellige former for reduserende reaksjoner kan foregå med ulike kilder som hydrogen eller metaller. Ved å bruke disse metodene kan produksjonen av ammoniakk skje ved mye lavere temperaturer og trykk, noe som reduserer både energikostnader og karbonutslipp.

Selv om elektro kjemisk ammoniakk syntese (ECAS) fremstår som et lovende alternativ til tradisjonelle metoder, står vi fortsatt overfor utfordringen med å oppnå den nødvendige reaksjonseffektiviteten. Den største fordelen med ECAS er at den tillater nitrogenaktivisering og -transformasjon under milde forhold, noe som åpner for mer fleksibel og distribuerbar produksjon. Dette gjør det til en ideell kandidat for småskalaproduksjon i områder med tilgang på fornybar energi, slik som sol- eller vindkraft.

Videre er den integreringen av grønn ammoniakkproduksjon med eksisterende brenselcelleteknologier avgjørende. I dag har vi behov for både effektiv nedbrytning av ammoniakk og høygradig hydrogen separasjon for å kunne bruke det i brenselceller. Brenselcellene i seg selv, selv om de har høy effektivitet, er ikke i stand til å håndtere ammoniakk direkte uten at flere teknologiske barrierer overvinnes. Teknologier for å rense og separere hydrogen før det kan brukes i PEMFC er avgjørende for at ammoniakk skal kunne brukes på bred skala som en ren energikilde.

Til tross for de teknologiske utfordringene finnes det et betydelig potensial for ammoniakk som en del av den grønne energiomstillingen. Syntesen av grønn ammoniakk, kombinert med bruk av brenselceller for energiproduksjon, kan gi et karbonfritt alternativ til fossile brensler. Dessuten kan de etablerte transportinfrastrukturene for flytende ammoniakk bidra til at denne teknologien raskt kan skaleres opp for global distribusjon.