20170319 Kongsfjord Berlevag 2741-2769.tiff copy
Fra vind til hydrogen: I vindparken Raggovidda i Finnmark, er det så godt som aldri vindstille. Samtidig har ikke kraftnettet nok kapasitet til å utnytte konsesjonen som er gitt i området. Derfor kan hydrogen bli det perfekte lagringsmedium og energibærer for overskuddsenergien. Hydrogenet kan for eksempel fraktes til Svalbard i flytende form ved hjelp av hydrogenskip, foreslår SINTEF-forskere. Foto: Erik Wolf, Siemens.

Hydrogen – fra hype til hypertech

I Trondheim kjører store lastebiler snart rundt på hydrogen produsert fra solkraft og med rent vann som «eksos». Hydrogenteknologi kan gjøre både tog og skip utslippsfrie – med norske vindkast på tanken.

Norges pionérrolle innenfor hydrogenteknologi startet ved et norsk fossefall for mer enn hundre år siden. Mellom bratte fjell på Rjukan så en ingeniør og en industrigründer sammen muligheten for å bruke energien fra Rjukan-fossen til å sikre matproduksjonen for en stadig økende befolkning. Kristian Birkeland og Sam Eyde ville bygge en fabrikk som skulle produsere norsk kunstgjødsel for Norsk Hydro. I 1929 sto en hydrogenfabrikk ferdig og tronet som et arkitektonisk framtidsbygg oppe i fjellsida like ved det som den gang var verdens største vannkraftverk; Vemork.

Siden den tid har det meste av den norske forskningen på hydrogen foregått i ulike laboratorier på Gløshaugen i Trondheim. I 1951 etablerte NTNU (den gang NTH) et eget institutt for teknisk elektrokjemi. Siden den gang har forskningsmiljøet i Trondheim  spilt en nøkkelrolle for en etter hvert betydelig elektrokjemisk industri i Norge. I dag, bak lukkede SINTEF-dører, skjer topphemmelig teknologiutvikling for en rekke nasjonale og internasjonale industribedrifter. Blant disse finner vi teknologileverandører av elektrolyseceller for hydrogenproduksjon. Nylig har NTNU og SINTEF også sikret seg kontrakt med en ledende produsent av brenselcellebiler.  Disse bilene går på hydrogen, og gir ikke andre lokale utslipp enn rent vann.

Dette er Steffen Møller-Holst:

Steffen Møller-Holst er forsnings- og markedsdirektør med ansvar for SINTEFs portefølje av hydrogenprosjekter som nå har et omfang på rundt 60 millioner kroner per år.
Han har en doktorgrad innen brenselceller fra NTNU fra 1996 og har jobbet to år med brenselcelleutvikling under US Department of Energy sitt hydrogenprogram.

De siste 15 årene har han engasjert seg som pådriver for implementering av ny teknologi og viet tid til politisk påvirkning innen lav- og nullutslippstransport. Fra 2006-2014 ledet han Hydrogenrådet som rådgivende organ for Olje- og energidepartementet og Samferdselsdepartementet.

Siden 2008 har han vært ansvarlig for transportdelen av EU-programmet FCHJU. FCHJU har et budsjett fra EU-kommisjonen på 12 milliarder kroner i perioden 2014-2020, og i tillegg tilsvarende industristøtte. Møller-Holst har siden 2015 vært styreleder i Norsk Hydrogenforum, den norske bransjeforeningen for aktører innen hydrogenteknologi.

Brenselcelleforskning siden 80-tallet

SINTEF har jobbet med utvikling av brenselcelleteknologi siden 80-tallet. Gjennom forsknings- og utviklingsaktivitet har forskningsstiftelsen bidratt til store gjennombrudd de senere årene. Brenselceller er allerede blitt konkurransedyktige i noen nisjemarkeder.

– I Japan er 150 000 brenselceller installert i hus for å produsere strøm og varme. I USA kjører mer enn 10 000 hydrogendrevne gaffeltrucker rundt i distribusjonssentre og varehus, forteller forskningsdirektør Steffen Møller-Holst i SINTEF.

Prinsippskisse for hydrogen brenselcelle. Illustrasjon: SINTEF/Gemini

Han og forskerkollegene jobber nå også aktivt med implementering av hydrogenteknologi i Norge, med fokus på transportsektoren. Så langt finner vi gaffeltrucker, lastebiler og ferger i SINTEFs prosjektportefølje.

– I Tyskland er det første av hundre brenselcelletog allerede under uttesting, og Norge er ett av flere Europeiske land som nå vurderer å ta i bruk hydrogendrevne tog på bakgrunn av en av våre studier, sier Møller-Holst.

Aller først ute med å kommersialisere brenselceller i personbiler har de innovative folkeslagene sør-øst for Kina vært. Koreanerne og japanerne har tatt ledertrøya i en bilindustri som allerede er inne i et teknologiskifte på grunn av klimakrisen.

Det er ikke mer enn tre måneder siden Møller-Holst kom hjem fra et treukers opphold i Japan. Der har han blant annet hatt møter med ledende industribedrifter som vil bruke kunnskapen som forskningsmiljøet i Trondheim har ervervet de siste tretti årene.

Forskningsdirektør  i SINTEF Steffen Møller-Holst og Dr. Katsuhiko Hirose, som er Toyotas mann bak verdens første hybridbil, Toyota Prius som kom på markedet i 1997. Bildet er tatt på den norske standen under Fuel Cell ExPo i Tokyo 1.-3.mars 2017. Foto: Norsk hydrogenforum.

 

– SINTEF har vært involvert i 20 EU-prosjekter på hydrogen siden 2010, og rundt halvparten av dem går fremdeles. Det gjør oss til en betydelig aktør i europeisk sammenheng, sier Møller-Holst.

Japanernes storsatsing på hydrogen er gode nyheter for forskerteamet, som allerede har et tett inngrep med flere av de sentrale aktørene i landet.

Men hvorfor satser Japan så tungt på hydrogen? Jo, fordi mer enn 90 prosent av landets energibehov er dekket gjennom import av fossile energikilder. Det er altså ikke bare innen transport at japanerne vil ta i bruk hydrogen som drivstoff; de vil også bruke hydrogen i stasjonær kraftproduksjon. For å redusere utslippene av klimagasser har Japan allerede inngått avtale med Australia om import av hydrogen fra 2020.

– Vi har engasjert oss både faglig og politisk for at Norge også kan bli en leverandør av hydrogen til Japan basert på våre store energiressurser, sier forskningsdirektøren.

Norges største matgrossist, ASKO, vil ha sine første hydrogendrevne lastebiler på veien i 2018. Bilde utlånt fra ASKO.

Det er nemlig ikke bare i transportsektoren at hydrogen vil spille en viktig rolle. Vi får stadig flere vindparker og solcellekraftverk. Men vi kan ikke alltid bruke all kraften fra vinden mens det blåser, eller sola når den skinner. Elektrisiteten må lagres, og da er det å produsere hydrogen av overskuddet en god løsning.

– For energimengder større enn 10 GWh har den tyske industrigiganten Siemens konkludert med at hydrogen er den beste lagringsløsningen. Tyskerne har nå mer enn 30 prosent vind- og solkraft og er allerede i full gang med å teste ut hydrogen som lagringsmedium, opplyser Møller-Holst.

Ikke plass til lasten

For å nå utslippsmålene, må vi se til flere bruksområder. Til varetransport på både vei og bane. Og ikke minst til skipsfarten, mener forskningsdirektøren i SINTEF. Når det gjelder utslippsfri langtransport kan ingen andre teknologier konkurrere med hydrogen.

Derfor satser Norges største matgrossist ASKO på å ha sine første hydrogendrevne lastebiler på veien i 2018, og blir med det trolig først i Europa med en liten flåte av slike biler for tungtransport. Også dette prosjektet ble initiert av og gjennomføres i nært samarbeid med SINTEF og ledes av Anders Ødegård, som jobber i avdelingen for bærekraftig energiteknologi.

– Skulle vi brukt batterier i slike lastebiler med lang rekkevidde, ville batteriene blitt svært kostbare og så store og tunge at lastekapasiteten ville blitt betydelig redusert. Vi må forholde oss til fysikkens lover og materialtekniske begrensninger, sier Ødegård.

Det er ingen tvil om at elektriske drivlinjer vil ta over og at batterier vil være svært viktige i framtidens transportløsninger, men: Jo tyngre kjøretøy og jo lengre du skal, jo bedre egnet er hydrogen. Det bringer oss over til jernbanesektoren, som politikerne ønsker skal ta over en større andel av godstransporten, nettopp for å redusere utslippene.

Ser mot Nord – med hydrogen

Det har over lang tid vært reist politiske forslag om å gjøre Norges lengste jernbane, Nordlandsbanen, utslippsfri «på gammelmåten». Det vil si elektrifisering ved hjelp av stolper og luftledninger – «kontaktledning» på fagspråket – som erstatning for dagens dieseldrift.

Våren 2015 la Møller-Holst og hans kolleger i SINTEF siste hånd på en rapport til Jernbaneverket som viser at nullutslipp på flere norske togstrekninger, blant annet Nordlandsbanen, blir langt billigere både med hydrogen- og batteridrevne tog enn med vanlig elektrifisering.

Faktisk kan det spares mellom tre og fire hundre millioner kroner årlig på strekningen Steinkjer – Bodø (Nordlandsbanen), hvis batteri- eller hydrogendrevne tog velges framfor tradisjonell elektrifisering, viser rapporten.

– Summen av de ekspertuttalelser vi innhentet i prosjektet, både fra Jernbaneverkets egne spesialister og  det tverrfaglige teamet vårt, var entydig. Alt før 2020 bør biodiesel erstatte fossil diesel, som en mellomløsning. Tidlig på 2020-tallet vil batteridrift være mest attraktivt. Fra midten av 2020-tallet er det hydrogen som i størst grad vil innfri de samlede kravene som vil gjelde for godstog i framtidas jernbanenett, sier Møller-Holst, som ledet utredningsarbeidet.

I Tyskland ligger fire regioner litt foran resten av verden: De har alt bestilt 100 hydrogendrevne persontog. Det første togsettet er allerede i prøvedrift og teknologien forventes å være klar for godstogdrift i løpet av første halvdel av 2020-årene. Møller-Holst mener Norge bør ta etter tyskerne med hensyn til å ta i bruk hydrogen, og peker på Raumabanen for persontog og Nordlandsbanen for godstog.

Vind-vind situasjon        

På andre siden av Trondheimsfjorden, ut mot havet, ligger det som på folkemunne kalles Fosen-alpene. Her skal Europas største vindpark bygges av kraftleverandørene Statkraft og Trønderenergi. Her blåser det sent og tidlig, året rundt. Potensialet er stort: Hele 3,5 TWh (terrawattimer) fornybar kraft forventes vindparken å produsere per år. Det blir nok energi til å forsyne hele Trondheims befolkning på 170 000 mennesker med strøm.

– Nå er både NTNU og SINTEF inne som faglig støtte til TrønderEnergi i deres evaluering av å produsere hydrogen av overskuddskraften, sier forskningsdirektøren.

Liknende signaler formidles av mange aktører i hele landet om at de ønsker å sette i gang med hydrogenproduksjon. Blant annet i Glomfjord, i det som var et like stort anlegg som det på Rjukan, hvor industrieventyret Norsk Hydro startet sin kunstgjødselproduksjon for 100 år siden.

SINTEF har nylig kartlagt aktører som ønsker å starte hydrogenproduksjon i Norge. Hele 10 aktører er funnet og nå støtter forskningsmiljøet flere av disse fram mot en mulig investeringsbeslutning. Hydrogen er i ferd med å ta av for alvor.

Men energiforskerne  har enda spenstigere planer enn hydrogenproduksjon fra grønn overskuddskraft. Fra seniorforsker Tommy Mokkelbost på SINTEF sitt kontor på Svalbard kommer følgende visjon:

– På Svalbard merkes klimaendringene langt mer tydelig enn andre steder på kloden. Ismengden rundt øygruppen reduseres raskt og isbreene forsvinner i rekordfart. Mindre havis gir blant annet isbjørnen utfordringer i sine jaktområder. I tillegg har Longyearbyen Norges eneste kullkraftverk som energiforsyning. Og hva er da mer naturlig å gjøre Longyearbyen til verdens første utslippsfrie lokalsamfunn? spør forskeren og legger til:

– Flere muligheter bør utredes, og hydrogenteknologi er et spennende alternativ.

Hydrogenet ser han for seg kan komme fra vindkraftverk i Finnmark, landets nordligste fylke der det så godt som aldri er vindstille – men der kraftnettet ikke har kapasitet til å håndtere all strømmen som vindturbinene vil generere. Hydrogenet kan så fraktes til Svalbard i flytende form ved hjelp av hydrogenskip.

Denne pilottankeren fra Kawasaki kan transportere 170 tonn flytende hydrogen. Fra 2020 skal den brukes til import av hydrogen fra Australia til Japan. Illustrasjon: Kawasaki.

Den japanske industrigiganten Kawasaki har allerede under bygging et pilotskip for transport av flytende hydrogen. Det første skipet skal brukes til import av hydrogen fra Australia allerede i 2020.

Møller-Holst støtter ideen:
– Turistskipene som i dag sirkler rundt Svalbard, og som sammen med utallige ferger opererer langs norskekysten og i våre verdensarv-fjorder mens de fyrer på tungolje og slipper ut store mengder CO2, partikler og NOx kan også bli hydrogendrevne og dermed utslippsfrie innen overskuelig framtid, sier han.

Vil gjøre sjøen grønn

Som sjøfartsnasjon har Norge de siste tre tiårene hatt ledertrøyen med hensyn til å redusere utslipp. Dette har norske aktører lyktes med gjennom avansert skipsdesign, implementering av naturgass som drivstoff, og siden 2015: Drift av verdens første hel-elektriske batteriferge. Nå står hydrogen for tur, og det vil eliminere klimagassutslippene også på lengre fergesamband.

På oppdrag fra Fiskerstrand Verft fikk SINTEF nylig oppgaven med å prosjektere verdens første hydrogenferge i samarbeid med bla norske teknologileverandører. Målet er å få hydrogenfergen på vannet innen 2020. Det er satt av betydelige offentlige midler for å stimulere utviklingen, og Statens vegvesen (som har ansvar for riksveifergene) er, sammen med SINTEF, en viktig pådriver.

Prosjektet har allerede vakt internasjonal oppsikt, ikke minst i Brussel. Prosjektet har fått støtte fra det nye Pilot-E-programmet; som er et samarbeid mellom Forskningsrådet, ENOVA og Innovasjon Norge.

– Skal vi i Norge sikre fremtidige inntekter fra vår turisme og arktiske naturopplevelser kan vi ikke fortsette å fyre med kull og tungolje. Vi har allerede teknologien og all den kunnskap som skal til for å få til nullutslipp, avslutter SINTEF-direktøren.

Så iler han videre til neste møte. Statoil vil ha ham i tale om aktivitetene i sin nye avdeling, som befatter seg med nettopp nye energiløsninger.

Det grønne skiftet er i utvilsomt i gang.