Symbol for flytende hydrogen produsert ved hjelp av kjernekraft. Illustrasjon: Klimavenner for Kjernekraft
Det norske havet gav verdifull fisk, skogen gav oss trevirke, fjellene gav mer enn nok strøm, mesteparten av nordsjøoljen lå innenfor delelinja, og fjordene viste seg å passe perfekt for oppdrettslaksen. Selv om landet vårt har hatt dyktige arbeidere, ingeniører, politikere og entreprenører er det ikke til å stikke under en stol at velstanden og suksessen vår trolig er knyttet til store mengder flaks. Slik vi ser det, er det betimelig å stille spørsmål om hva fedrelandet skal gjøre fremover, når oljefeltene er tomme eller irrelevante. Skal Norge fortsette å basere sin hovedinntektskilde på flaks, og håpe at flaksen gir enda et konkurransefortrinn? Eller er det nå landet skal sette alle kluter til og bygge nye bærekraftige industrier?
Det er grunn til å tro at regjeringen har forsøkt å bygge en bærekraftig industri med utgangspunkt i havvind. Likevel ser det ikke ut til at vi kan høste frukter av denne industrien, ei heller ser den ut til å bli økonomisk bærekraftig [1]. I tillegg virker det som at industrien knyttet til havvind ikke evner å gi Norge et konkurransefortrinn[2], eller en produksjon av energimengder som er så stor at den kan sammenlignes med oljen[3]. Vi mener at det er nødvendig å adressere behovene som rår på verdensbasis, og avdekke hvilke konkurransefortrinn Norge allerede har. Behov og konkurransefortrinn bør i så måte munne ut i et forsøk på å redegjøre for en langsiktig og økonomisk bærekraftig industri.
I denne kontekst mener vi at energi er det mest prekære behovet å dekke. Hver dag bruker verden omtrent like mye olje tilsvarende et belte av oljefat rundt ekvator[4]. Dette oljeforbruket er vanskelig å erstatte, men CO2-frie drivstoff, som hydrogen og ammoniakk, forventes å være en del av løsningen der batteriene ikke strekker til. På bakgrunn av dette mener vi at Norge bør rette søkelyset mot å lage drivstoffet, eller å lage utstyret som lager nettopp drivstoffet.
Takket være oljeindustrien er Norge gode på energieksport, samt store og komplekse konstruksjoner og sikkerhetskultur. Attpåtil er landet vårt enestående når det kommer til produksjon av hydrogen og ammoniakk[5]. Spørsmålet er bare hvordan vi skal utnytte dette konkurransefortrinnet og lage nettopp dette drivstoffet. En mulighet som ofte nevnes er å bruke strøm fra havvindmøller til å lage såkalt grønn hydrogen, og deretter lage ammoniakk fra hydrogenet. Problemet er at det krever ekstreme mengder strøm[6], samtidig som at produksjonen muligens må stoppes når det ikke blåser nok[7][8]. Faktisk lagde Hydro, nå Yara, slik grønn hydrogen mellom 1948 og 1993 i et av verdens største elektrolyseanlegg. Industrien varte helt til de måtte betale vanlig norsk strømpris og mistet konkurransefortrinnet. Deretter ble det fossilbasert hydrogenproduksjon andre steder i Norge og verden.[9] Nå som det igjen er gode initiativer for elektrolyse flere steder i Norge, er det det viktig å ikke skusle bort sjansene og gå glipp av mulighetene som kan komme av fortrinnet.
I tillegg til at Norge ikke har noe særlig konkurransefortrinn når det gjelder havvind[10], er det heller ikke slik at grønn hydrogenproduksjon nødvendigvis blir en gullgruve. Kunden får muligens en dyr hydrogenpris, ettersom prisen avhenger av oppetiden til fabrikken[11], og nordmenn får enda høyere strømpriser[12]. I tillegg fordrer høye strømpriser at det bygges ned mer natur og man må kalkulere med å bytte ut vindmøllene hvert 25. år[13]. Spesielt viktig er hvordan prisen avhenger av oppetiden (eller mer spesifikt kapasitetsfaktoren), hvilket kan ses i figuren nedenfor.
Estimert hydrogenpris for ulike kapasitetsfaktorer og ulike energikilder. Illustrasjon: Lucid Catalyst [11]
Likevel fins det andre muligheter for en bærekraftig og økonomisk industri, og produksjon av såkalt hydrogen og ammoniakk er eksempel på dette. I produksjonen benyttes kjernekraft, og lilla hydrogen produseres allerede i Sverige[14]. I tillegg har blant annet Storbritannia store planer for dette[15]. I første omgang blir det nok vannelektrolyse ved lave temperaturer (50 – 80 °C), men i fremtiden forventes dampelektrolyse ved ca. 100 – 850 °C å bli aktuelt pga. høyere virkningsgrad[16]. Termokjemisk splitting av vann ved ca. 850 °C med svovel-jod syklusen kan også benyttes uten nevneverdig behov for elektrisitet[17]. For å komme opp i disse høye temperaturene trengs høytemperaturreaktorer. Slike reaktorer har eksistert lenge, men er ikke særlig utbredte[18]. Dette kan endre seg, da flere moderne høytemperatursreaktorer er underveis.[19]
Ulike veier til lilla hydrogen. Illustrasjon: National Nuclear Laboratory [22]
Forskjellene fra å bruke vindmøllestrøm til kjernekraft, er blant annet at kjernekraft gir både strøm og varme, i tillegg til at de jobber døgnet og året rundt.[20] Ved å erstatte litt av strømmen i elektrolysen med varme reduseres strømforbruket. I tillegg øker virkningsgraden med temperaturen (Gibbs fri energi), slik at det trengs mindre energi totalt[21]. Kombinasjonen av mindre strømforbruk, energiforbruk, og kontinuerlig døgndrift kan vise seg å bli vanskelig å konkurrere med. Vi har likevel pekt på fordelen med at Norge går framoverlendt i møte med en energikrevende verden i framtiden, og at det med stor sannsynlighet gir større gevinst å bygge et nytt konkurransefortrinn og ny industri – fremfor å ha en tilnærming basert på flaks, med risiko for at andre land tar denne industrien.
Produksjon av elektrisitet og lilla hydrogen med høytemperatursreaktor. Illustrasjon: Klimavenner for Kjernekraft
Tore Kanstad
Styremedlem, M. Sc. Elektroteknologi
Tore er utdannet elektroingeniør ved Danmarks Tekniske Universitet.
Nå bor han i Trondheim og utvikler løsninger for elektrifisering av transportbransjen.
Bálint Zoltán Téglásy
Styremedlem, M.Sc. kjerneteknikk
Balint er utdannet innenfor kjernefysisk ingeniørvitenskap ved RWTH Aachen i Tyskland og har i flere år jobbet med sikkerhet på et sveitsisk kjernekraftverk.
Nå bor han i Trondheim og forsker på sikre kontrollsystemer.
Henrik
Nestleder, Ph. D. og forsker
Henrik jobber som forsker, og har en doktorgrad i maskinlæring fra Universitetet i Oslo. Han bor i Horten med kone og fire barn.
Støtt saken og kjøp en kopp
Kilder
[1]
Fra Jan Emblemsvåg https://finansavisen.no/nyheter/debattinnlegg/2022/06/14/7881482/33-gw-havvind-et-historisk-tapsprosjekt
Fra oss i Klimavenner for Kjernekraft https://docs.google.com/document/d/11Z9RkMWrCCskD7G-O48JWnMsfgqaZI9AtIb5BFTNVUs/edit?usp=sharing
[2]
Havvind er dyrere i Norge enn andre Europeiske land
“NVEs analyser viser at det koster mer å bygge bunnfast havvind i Norge, enn det som er gjennomsnittskostnaden for de områdene hvor det bygges bunnfast havvind i Europa i dag. En av de viktigste grunnene til det er at de norske havområdene er dype og har kompliserte bunnforhold. Dybde er den enkeltfaktoren som bidrar mest til å øke kostnadene for bygging av havvind. På grunn av havdybden er det største potensiale for havvind i Norge i form av flytende havvind. Flytende havvind er imidlertid vesentlig dyrere enn bunnfast havvind.” https://publikasjoner.nve.no/faktaark/2019/faktaark2019_15.pdf
[3]
Regjeringas havvindsatsing gir ca 140 TWh/år, mens Norge eksporterer ca 2 000 TWh/år olje og gass. https://www.tu.no/artikler/regjeringen-vil-tildele-omrader-for-havvind-for-30-gw-innen-2040-i-norge/519422
[4]
96.5 millioner fat hver dag, hvert fat er 159 liter, en tønne er i praksis 208 liter og har en diameter på 0.61 m, jordas omkrets er 40,075.017 kilometer
https://www.statista.com/statistics/271823/daily-global-crude-oil-demand-since-2006/
ekvator-omkrets delt på oljefat stablet tett-i-tett: 40,075.017*1000/(96.5e6*159/208*0.61) = 0.89
[5]
Yara har laget grønn hydrogen før, lager ammoniakk i dag (verdens største distributør)
NEL lager elektrolysører
Alma lager fast oksid brenselceller som kan brenne ammoniakk, hydrogen, LOHC, LNG,LPG, methanol, ethanol, etc.
Skipet Viking Energy bygget om til å gå på Ammoniakk
[6]
To faktorer gjør at man trenger mye strøm: 1. Høyt energiinnhold, 2. lav virkningsgrad
Energiinnhold: 33.3 kWh/kg (LHV)
Energibruk: UiA-rapporten og Bloom Energy sine tall varierer, men forskjellene er små. Her kan man approksimere og gi alkalisk og PEM: 53 kWh/kg, og SOEC 40 kWh/kg basert på Bloom Energys produkt der vanndampen har temperatur over 120 °C (ikke nøyaktig spesifisert)
Bloom Energy datablad: https://www.bloomenergy.com/wp-content/uploads/electrolyzer-data-sheet.pdf
[7]
“Likevel blir det trolig mer vanlig med høye kortvarige pristopper der utkobling av forbruket setter prisen i engrosmarkedet.” https://www.statnett.no/contentassets/7db5d36745e14f5497da3189075d7e70/analysenotat—utfordringer-og-losninger-knyttet-til-utviklingen-av-effektbehov-i-norge-og-i-europa.pdf
[8]
NVE: Væravhengig system -> høye priser til tider
[9]
“Elleve år etter, i 2004, ble Hydros gjødselproduksjonen skilt ut i Yara.– Strømprisene ble så høye at det ikke var lønnsomt lengre. Det er to-tre ganger så dyrt, sier Andersen.”
https://www.tu.no/artikler/yara-skal-produsere-hydrogen-med-solenergi/460657?key=fmKZgLcF
[10]
Se referanse [2].
[11]
Vannelektrolyseanlegg trenger minst 7000 timer/år drift for lønnsomhet
[12]
Vi forventer at en veldig økning i etterspørsel av strøm vil drive prisene oppover ettersom tilbudet er begrenset
“I Fullelektrisk med hydrogen har vi blant annet antatt at deler avpetroleumssektoren og utenlands sjøfart og luftfart vil strekke seg lengre for å nå nullutslipp. Lavvirkningsgrad fører til ytterligere 40 TWh kraftforbruk i forhold til Omfattende elektrifisering.”
[13]
“normal levetid på 25 år” https://www.statkraft.no/nyheter/nyheter-og-pressemeldinger/arkiv/2020/myteknusing-norsk-vindkraft-loser-ikke-klimaproblemene/
“Vindturbiner er normalt utslitt når konsesjonen løper ut etter 25-30 år”
“These blades, which have reached the end of their 25-year working lives,” https://www.bbc.com/news/business-51325101
[14]
“OKG has long operated a facility at the Oskarshamn site which uses electricity from the power plant to produce hydrogen through the electrolysis of water.”
https://www.world-nuclear-news.org/Articles/OKG-signs-hydrogen-supply-contract
[15]
https://www.neimagazine.com/features/featureuk-hydrogen-strategy-a-role-for-nuclear-9080194/
https://www.world-nuclear-news.org/Articles/UK-trade-body-calls-for-action-on-nuclear-enabled
[16]
Se [22]
[17]
Svovel-jod syklusen
https://snl.no/svovel-jod_syklus
[18]
Blykjølte reaktorer (1970-tallet Sovjet)
https://en.wikipedia.org/wiki/Lead-cooled_fast_reactor
Høytemperatur gaskjølt reaktor (1960-tallet)
https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_gas_reactor
Kina har en høytemperatur gaskjølt SMR i drift. Den leverer strøm og 560 °C varm damp
https://en.wikipedia.org/wiki/HTR-PM
https://www.iaea.org/sites/default/files/17/11/cn-247-zhang.pdf
[19]
Blykjølte reaktorer som Blykalla https://www.leadcold.com
Gasskjølte reaktorer som HTR-PM (link lengre opp)
Saltsmeltereaktorer https://en.wikipedia.org/wiki/Molten_salt_reactor#Commercial/national/international_projects
I tillegg har man Dual-Fluid som er litt vanskelig å kategorisere https://en.wikipedia.org/wiki/Dual_fluid_reactor
[20]
Kapasitetsfaktor
https://en.wikipedia.org/wiki/Capacity_factor
[21]
Avsnittet om virkningsgrad
https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_electrolysis
[22]
National Nuclear Laboratory – Hydrogen Round table
https://www.nnl.co.uk/wp-content/uploads/2021/07/Hydrogen-Round-Table-FINAL-v2.pdf
Britisk kjernekraftindustri skriver om kjernekraft for hydrogen
https://www.niauk.org/wp-content/uploads/2021/10/Nuclear-Sector-Hydrogen-Roadmap-February-2021.pdf