Hydrogen fra A til Å

Hele 90 prosent av alle atomer i universet er hydrogenatom. Hydrogen er det letteste, det vanligste og det minste av alle grunnstoff. Det har atomnummer én i det periodiske system.

På jordkloden finnes det også mye hydrogen. Her er mye av hydrogenet bundet i vann. Vannmolekylet består av to hydrogenatom og ett oksygenatom (H2O).

H2O-molekyl. Illustrasjon fra Scanpix/Shutterstock VIS MER

I jordskorpa er hvert sjette til syvende atom et hydrogenatom. Her er mesteparten kjemisk bundet sammen med andre atom blant annet i gass, petroleum, protein, karbohydrat og fett.

Rent hydrogen må derfor fremstilles, eller hentes ut, fra hydrogenholdige råvarer som for eksempel gass eller vann.

Mange bruksområder

Hydrogen har allsidige egenskaper og kan potensielt brukes på mange måter. Det kan blant annet erstatte fossile energikilder som olje og kull.

Hydrogen regnes som en av hovedfaktorene, eller hoveddriverne, i det grønne skiftet.

Hydrogens rolle i energiomstillingen sees som et rent og klimavennlig alternativ til fossilt brensel i varme- og elektrisitetsproduksjon. På grunn av sin allsidighet kan hydrogen også erstatte fossilt brensel i industrielle prosesser, som for eksempel kull i stålindustrien. Det kan brukes som drivstoff i transportsektoren.

Kan lagre energi fra sol og vind

Hydrogen er en energibærer. Det betyr at hydrogen ikke er en direkte energikilde, slik som sollys, vindenergi og fossilt brensel som olje og kull. En energibærer kan brukes til å holde på energi og lagre energi for senere bruk.

Hydrogen som energibærer er særlig aktuelt med tanke på å lagre energi fra solceller og vindkraft. Disse fornybare energikildene har den utfordringen at de produserer ujevne mengder med kraft, ut fra værforhold. 

Når det er stor produksjon av energi fra vindkraft og solceller, kan overskuddskraften (elektrisitet) brukes til å produsere hydrogen. Dette kan lagres for senere bruk når det er kraftunderskudd på grunn av lite vind eller lite sol.

Altså kan hydrogenlagring brukes til å balansere tilgangen til kraft.

Slik produseres grønt hydrogen

Hydrogen kan fremstilles gjennom elektrolyse av vann. Ved elektrolyse bruker man elektrisk energi til å spalte vann til hydrogen og oksygen. Elektrolyse går ut på å omdanne elektrisk energi til kjemisk energi.

Hvis den elektriske energien kommer fra fornybare kilder, som sol-, vind- eller vannkraft, er denne måten å fremstille hydrogen på regnet som miljøvennlig og utslippsfri. Hydrogen som produseres på denne måten kalles grønt hydrogen.

Gammel metode

Elektrolyse har vært brukt i Norge i 100 år av Norsk Hydro som i starten baserte sin store gjødselproduksjon på hydrogen fremstilt ved elektrolyse av vann. Prosessen krevde mye kraft, men Norge hadde rikelig med elektrisitet gjennom Norges store tilgang på og utbygging av vannkraft.

Hovedinnvendingen mot fremstilling av grønt hydrogen er nettopp dette at det kreves mye elkraft til elektrolyse-prosessen. Derfor er det kritiske røster knyttet til hvor energieffektivt dette er.

Ankepunktet er at det må bygges ut mer fornybar energi for å produsere grønt hydrogen, noe som krever enda mer utbygging av areal til blant annet vindkraft. Og areal er et knapphetsgode.

• Les også: – Jo, vi bør produsere hydrogen i Norge

Blått hydrogen

Illustrasjonen fra Norsk klimastiftelse viser viser hvordan blått hydrogen produseres. VIS MER

I denne prosessen hentes hydrogen ut fra naturgass, for eksempel fra gassreserver på kontinentalsokkelen, altså fra en fossil energikilde. Gjennom kjemiske prosesser skilles hydrogen og CO₂ ut fra naturgassen.

For at dette skal være klimavennlig, må CO₂-en lagres på en måte som gjør at den ikke bidrar til klimagassutslipp.

I Norge innebærer dette lagring av under havbunnen på kontinentalsokkelen, der naturgassen blir hentet fra. Ved å skille ut CO₂ og lagre denne på et utslippsfritt sted, står man igjen med rent hydrogen.

Dermed kan blått hydrogen brukes på samme måte som grønt hydrogen.

Grått hydrogen

Grått hydrogen fremstilles fra naturgass, olje eller kull, uten at det skjer noen karbonfangst og -lagring i prosessen. All CO₂ fra de fossile brenslene som brukes til å produsere hydrogenet, slippes ut.

Dermed er ikke dette noen klimavennlig løsning.

Hydrogen i historien

Hydrogen er ikke noe nytt i energisammenheng. Allerede på 1800-tallet fikk man de første demonstrasjonene av vannelektrolyse og brenselceller.

Hydrogen har blitt brukt i luftballonger og luftskip, og senere også i ekspedisjoner til verdensrommet.

Fra slutten av andre verdenskrig og utover 1950-tallet ble det forsket på hydrogen som rakettdrivstoff, og senere som flydrivstoff. Hydrogen er i dag aktuelt som drivstoff i transportsektoren.

• Les også: Slutten på olje som drivstoff – en omstilling i maritim industri

Hydrogen i kjøretøy

Allerede på 1970-tallet ble det lansert som drivstoff i biler, men dette har tatt tid å utvikle. Hydrogenbiler har ennå ikke tatt av i Norge. Ved utgangen av 2021 var det registrert 195 personbiler, fire lastebiler og én varebil, ifølge Statistisk sentralbyrå.

Lastebilene var imidlertid verdens aller første hydrogendrevne lastebiler.

Hydrogen på tanken er utslippsfritt drivstoff. Illustrasjon: Scanpix/Shutterstock VIS MER

En hydrogenbil er en elbil hvor batteriet er kombinert med en brenselcelle og hydrogentank. Det vi i dag kaller hydrogenbiler bruker ikke hydrogenet som drivstoff i en forbrenningsmotor, men som energibærer for å produsere strøm i brenselceller.

Brenselcellene konverterer hydrogen som er lagret i tanker på kjøretøyet, samt oksygen fra lufta, til elektrisitet og vanndamp. Hydrogendrevne kjøretøy har derfor ikke andre lokale utslipp enn vann.

Strømmen driver deretter elmotoren som sørger for fremdrift. Slik sett er det en elbil med brenselceller som energikilde.

I industrien

Hydrogen kan også brukes i industriprosesser. Fossilt brensel som olje eller gass kan erstattes med hydrogen i blant annet sementproduksjon, aluminiumsproduksjon og ved smelteverk.

I Norge kan silisiumindustrien bli de første til å ta i bruk hydrogen i produksjon av silisium. Over 90 prosent av verdens solceller lages av silisium, og norske silisiumprodusenter er europaledende.

I Europa blir trolig stålindustrien først ute. Det svenske gruvedriftselskapet LKAB melder at det å produsere grønt hydrogen for stålindustrien allerede er lønnsomt.

• Les også: Norge kan skaffe Europa solenergi – hvis vi vil

Skal Norge satse på hydrogen? 

Her kommer den store diskusjonen, hvor det er mange meninger om hva som er smart for Norge – og Europa. 

Samarbeidsavtalen mellom norske Equinor og det tyske selskapet RWE om norsk eksport av naturgassbasert hydrogen (blått hydrogen), skapte debatt på nyåret.

Avtalen går ut på at Tyskland skal erstatte kullkraftverk med hydrogen-klare gasskraftverk – og at Norge skal  bygge opp produksjon av hydrogen produsert av fornybar kraft for å eksportere denne i rør til Tyskland.

• Les også: Gjenbruk av rør på norsk sokkel kan gi millardgevinst

Olje- og energidepartementet har satt i gang en ekstern utredning om hvordan staten kan bidra til å bygge opp en sammenhengende verdikjede for å produsere hydrogen med lave eller ingen utslipp, der produksjon, distribusjon og bruk utvikles parallelt.

— Regjeringen vil bidra til å bygge opp en sammenhengende verdikjede for hydrogen produsert med lave eller ingen utslipp. Det er nødvendig å se på produksjon, distribusjon og bruk samlet, og utvikle dette i parallell, sier olje- og energiminister Terje Aasland (Ap) i en pressemelding i forbindelse med utredningen.

NTNU, SINTEF, Greensight og Oslo Economics er de forskningsinstitusjonene som gjennomfører utredningen for regjeringen. Olje- og energidepartementet opplyser om at utredningen vil være klar innen sommeren 2023.

Her kan du lese om regjeringens hydrogenstrategi som ble lagt fram i 2020.

Samarbeid mellom forskning og industri

HYDROGENi – Norwegian research and innovation sentre for hydrogen and ammonia – er et forskningssenter for miljøvennlig energi (FME). Det ble etablert i 2022 og vil spille en viktig rolle i forskningen på og industriutviklingen av hydrogen framover.

SINTEF er vertskap for HYDROGENi, og NTNU er partner sammen med Universitetet i Oslo, Universitetet i Tromsø, Universitetet i Sørøst-Norge og Institutt for energiteknikk.

I tillegg til forskningsinstitusjoner, er det mange industripartnere i senteret, blant andre Equinor og Gassco.

For Norge blir forskningssenteret HYDROGENi svært viktig fordi det øker kunnskapsbasert aktivitet langs hele verdikjeden: fra produksjon til bruk på ulike områder som transport, stasjonær energi og i industrien.

Kilder i artikkelen:

• Norsk klimastiftelses rapport Hydrogen som klimaløsning (2021). NTNU sitter i styret og i rådet hos Norsk klimastiftelse.
• Norsk Hydrogenforum
• FME HYDROGENi
• Store norske leksikon

Dette er kretsløpet til blå og grønn hydrogen. Illustrasjon: Norsk klimastiftelse VIS MER