Anbefalinger til forcering af teknologisk udvikling

Transkript

1 Anbefalinger til forcering af teknologisk udvikling Indledning og overordnet analyse Gennem projektet er der udarbejdet analyser af de teknologiske og økonomiske flaskehalse for brintteknologiers udbredelse og kommercialisering i Danmark. Det er med disse analyser som udgangspunkt, at nedenstående anbefalinger til forceret teknologisk udvikling gives. Denne delrapport er skrevet ud fra de teknologier, der arbejdes med i Danmark, og hvor danske forsknings- og udviklingsaktiviteter, ved en forceret udvikling, vil gøre kan gøre en reel forskel. Dermed kan de bidrage til både erhvervsudvikling og eksport såvel som at skabe sammenhæng i et VE-baseret energisystem. Eksempelvis giver det på området for brint til transport ikke mening at advokere for at forcere udviklingen af brændselsceller i japansk producerede brintbiler, da det er et parameter vi, i Danmark, har meget svært ved at påvirke. Derimod kan Danmark gøre en betydelig forskel, ved etablering af de nødvendige infrastrukturforhold fx gennem opbygning af et veludviklet netværk af brinttankstationer, såvel som koble en forceret teknologiudvikling til det stærke danske miljø for forskning, udvikling og demonstration af brintteknologier. Nedenstående analyse ser således på, hvordan vi med udgangspunkt i projektets data, analyser og beregninger, kan se, at en forceret teknologiudvikling vil skabe rammerne for den bedst mulige kommercialisering af brintteknologier i Danmark. Det er enten med fokus på udviklingsmulighederne for den danske brint- og brændselscelleindustri eller med henblik på optimeringen af det danske energisystem i et VE-scenarie og under overvejelse af de opstillede energi- og klimamål samt Energistyrelsens energiscenarier. I EU regi er der sat mål for 10 % VE i transportsektoren inden 2020, og reduktionsmål på 40 % i 2030 og minimum 27 % vedvarende energi på samme tidspunkt. For at vi i Danmark kan leve op til dette mål, må teknologisk udvikling forceres på flere teknologiområder, herunder ikke mindst brintteknologierne, der ifølge analyser fra energinet.dk og Energistyrelsens scenarieberegninger er en forudsætning for et energisystem, der er uafhængigt af fossile brændsler. Med Parisaftalen øges behovet for en massiv omlægning af energisystemerne både i Europa og resten af verden. I mange sammenhæng vil det være urealistisk at gennemføre en sådan omlægning uden brintteknologierne og også derfor er det afgørende med en fokuseret udviklingsindsats. Som resultaterne fra de foregående delrapporter også har vist, så er der nøgleområder, der er af betydning for en meget stor del af de potentielle brintteknologier og deres mulighed for kommercialisering og anvendelse i det brede energisystem. Det er selvsagt med særligt fokus på disse områder, at der vil være ræsonment i en forceret teknologiudvikling. Effektive, billige elektrolyseanlæg En af de helt klare konklusioner fra analyserne i arbejdspakke 2 og arbejdspakke 3 var, at der for at brintteknologier kan få en betydende rolle også på kommercielle vilkår i forhold til det samlede energisystem, er brug for teknologier til produktion af brint.

2 Potentialet i at kunne lagre VE-energi som brint og bruge brinten både som energibooster til biobrændstoffer, men i høj grad også i dens reneste form samt til stabilisering af et elnet, med en meget høj andel af fluktuerende energikilder fordrer, at der kan produceres brint i industrielle mængder. Dertil kommer at energitabet ved konverteringen skal være begrænset, og ikke mindst at prisen på den producerede brint skal være lav. Dette er dog mindre afgørende til brug i fx transportsektoren og til produktion af flydende brændstoffer end til brug i forhold til balancering af det samlede energisystem. Helt overordnet er storskala elektrolyseanlæg en forudsætningen for mange af de øvrige brintteknologier, og deres integration i et samlet VE-energisystem. Baseret på beregningerne i arbejdspakke tre, er det tydeligt, at prisen på brint skal reduceres for at dette i hvert fald i samfundsøkonomiske termer kan blive en mulighed. Selvom prisen på den elektricitet, der anvendes til brintproduktion i beregningerne kan betragtes som værende sat relativt højt, og dermed også medvirke til en højere brintpris end tilfældet reelt vil være, indikerer beregningerne ikke desto mindre behovet for forbedringer i teknologien. Samtidig er det værd at notere, at elektrolyseteknologiens udvikling også er af stor betydning for de brintteknologier, som ikke er bærende for energisystemet, men som vil have et kommercielt potentiale. Dette er ikke selvstændigt nok til at anbefale en forceret teknologiudvikling, men det underbygger anbefalingen, der kan gives på de systembærende brintteknologier. Det er således samlet set centralt at prisen på elektrolyseanlæg reduceres og effektiviteten øges. At sikre dette er i særdeleshed afgørende, hvis vi i Danmark ønsker at gennemføre den grønne omstilling samtidig med at fastholde forsyningssikkerhed og i et dansk baseret energisystem. Drift og anvendelse af elektrolyseanlæg Som projektets tidligere analyser til dels klarlægger, så er der to overordnede tilgange til elektrolyseanlægs driftsmønster. Elektrolyseanlæggene kan byde ind når der er meget vind i systemet, og vi har behov for at balancere elnettet. Det kan være med til at holde priserne på strøm på et stabilt leje og undgå minuspriser hvor Danmark betaler for at komme af med den grønne strøm. Ved en sådan brug af anlæggene skal prisen være utrolig lav, da anlægget skal tjene sig selv ind, ved at være i brug forholdsvis få timer om året. En anden måde at se anlæggenes driftsmønster på, er at de kan betales for at slukke når prisen på strøm er meget høj. På den måde kan anlæggene stadig agere balanceringskraft, men modsat af ovenstående. Denne model kan også tilbydes andre storforbrugere af strøm. Dermed vil der ikke være helt så høje krav til anlægsomkostningerne, da anlægget kører et stort antal timer, reelt konstant, undtagen når elpriserne er meget høje. Uanset hvilken driftsmønstermodel der vælges for elektrolyseanlæggene, er der behov for at de bliver stadigt billigere og mere effektive end i dag. Det er endnu ikke muligt at sige hvilken elektrolyseteknologi der skal satses på da alle tre har hver deres muligheder. Alkalisk elektrolyse er billig og tilgængelig nu, mens PEM-elektrolyse producerer meget ren brint der tryksættes under produktionen, så energi til tryksætning kan spares senere. Endelig forudses SO elektrolyse at blive mere effektiv og billigere end de to andre teknologier, men udsigterne til kommercialisering er dog længere ude i fremtiden. Ifølge beregningerne fra Dansk Energi i arbejdspakke 3, er udsigterne for begrænset effektivitetsstigning for alkalisk elektrolyse en flaskehals. Danske producenter fremviser dog væsentlig højere virkningsgrader end

3 hvad der er medtaget i indeværende projekts teknologikatalog i projektet HyProvide ledet af GreenHydrogen.dk. Projektet, støttet at EUDP og InnovationsFonden, er et klart bevis på, at støtte til teknologiudvikling virker. Der er baseret på resultaterne fra HyProvide således et klart potentiale for forbedringer. Dette underbygges af en række andre projekter - også projekter som har ført til produkter, der allerede er langt tættere på en kommerciel fase end indeværende projekt viser. Disse divergerende analyser skyldes både at en række af resultaterne først er blevet offentligt kendt i slutningen af projektperioden, men også, at analyserne i indeværende projekt bygger på meget forsigtige prognoser på visse punkter måske ligefrem restriktiv antagelse - omkring teknologiernes udviklingspotentiale og mulighed for udvikling i både omkostninger og effektivitet. Imidlertid står det på baggrund af dette projektets resultater helt klart, at uanset om man lægger forsigtige eller mere optimistiske antagelser til grund, vil elektrolyseteknologien og dens pris og energieffektivitet være af meget stor betydning, både på systemniveau og for stort set alle andre brintteknologier og deres mulighed for kommercialisering. En klar konklusion på projektet er derfor også, anbefalingen om, at forcere teknologiudviklingen på elektrolyseanlæg. Herunder specielt på anlæg, der hurtigt vil kunne indgå som både specialreguleringskapacitet og til storskalaproduktion af brint med henblik på anvendelse i en række af de andre brint- og brændelscelleteknologier, og som vil kunne tages i anvendelse inden for en kortere årrække. Udbygning af brinttankningsinfrastruktur I samtlige analyser, herunder fra Energinet.dk og Energistyrelsen, samt analyserne udarbejdet i forbindelse med det seneste energiforlig i 2012, viser, at transportsektoren, er den største, langsigtede Co 2 -udfordring i det danske energisystem. Flere af analyserne forudsætter derfor også en meget stor elektrificering af persontransporten, gennem massiv og snarlig udbredelse af batteridrevne elbiler. Elbilernes udbredelse er imidlertid langt under de forudsatte forventninger. Energinet.dk har fx tidligere estimeret elbiler på de danske veje i 2025, og en række af systemberegningerne i nærværende projekt forudsætter også en betydelig elektrificering. Imidlertid er forbrugerne ikke enige, og rammevilkårene for traditionelle biler med forbrændingsmotor er fortsat på et niveau, hvor det næppe er realistisk at forudsætte flere elbiler solgt på det danske marked over de kommende år. Det skyldes ikke mindst at forbrugsmønstre ikke matcher med elbilernes rækkevide og opladningstid. Brintbiler er med til at løse denne udfordring, da rækkevide, tankningstid m.m. er at sammenligne med de fossiles. Samtidig er brintbilerne med til at skabe renere luft i byerne til gavn for byens indbyggeres sundhed. Gennem indeværende projekts analyser kan det ses, at brint- og elbiler spås til at være fremtidens transportmidler, da de på sigt vil udkonkurrere konventionelle brændsler. For at skabe et attraktivt marked for udrulning af brintbiler i Danmark, er det centralt at skabe et veludbygget netværk af brinttankstationer. Dette netværk er langt fra rentabelt i dag, men tankstationerne er med til at gøre det nemmere at være dansk brintbilsejer, samtidig med at det vil øge efterspørgslen efter brintbiler, da flere vil

4 se den som et alternativ til konventionelle biler. Flere brintbiler skaber en øget efterspørgsel efter brint, hvilket igen vil give en bedre forretningsplan for elektrolyseanlæg jf. tidligere afsnit. I Danmark har vi producenter af disse tankstationer, hvilket vil sige at der er en mulighed for at forcere teknologiudvikling. Prisen på stationerne falder som produktionstallene stiger, men der er fortsat brug for støtte til teknologisk udvikling af materialer, så stationerne bliver så effektive som muligt og så billige som muligt. Lavere priser på stationerne vil dermed gøre hele den grønne omstilling af transportsektoren billigere. Metanisering af biogas Grundet Danmarks rolle som landbrugsland, har Danmark også et stort potentiale for biogas. Et potentiale, som i dag langt fra er udnyttet. SEGES, under Landbrug og Fødevarer, har lavet beregninger der viser, at potentialet for biogasproduktion er mere end tre gange større end produktionen er i dag, og der er heldigvis også betydelig udbygning af biogaskapaciteten i gang rundt om i landet. Som det er vist i projektets analyser er det ikke alene den producerede mængde gas der kan øges, gennem opførelse af yderligere biogasanlæg, mængden kan også betragteligt øges gennem metanisering, hvilket som bekendt både kan øge lagringsmulighederne for vindmøllestrømmen, såvel som være med til at flytte VE-energi over i sektorer, hvor det ellers ikke har været muligt. Ved konventionel opgradering af biogas vaskes CO 2 en ud af i atmosfæren, så det kun er den rene metan der er tilbage. Ved metanisering udnyttes CO 2 en i en reaktion med brint. I denne proces udnyttes den forgassede biomasse optimalt, og der produceres op til 50 gange mere metan uden at tilføre mere biomasse. Der forskes og udvikles på flere forskellige former for metaniseringsteknologi, og der er behov for økonomisk opbakning til storskala demonstration, ud over de ambitiøse projekter, som er i gang netop nu. Som tidligere beskrevet vil metanisering være konkurrencedygtigt hvis PSO en lettes på elektrolyseproduktionen jf. rammevilkår og beregningerne. Der bør derfor satses betydeligt på en forceret teknologiudvikling inden for dette område. Det er imidlertid ikke kun biogasanlæggene, der har potentiale indenfor metaniseringsteknologien, om end dette er der hvor teknologien er længst fremme. Metanisering er en teknologi der har stort potentiale for virkelig at øge udbuddet af metan og potentielt også metanol - til naturgasnettet og den etablerede brændselsdistributionsinfrastruktur, uden at øge brugen af den begrænsede biomasse. Flere lande i Europa har i øjeblikket forskningssatsninger inden for anvendelse af CO 2 fra røggas fra tunge industrivirksomheder. Dermed indfanges CO 2 en og tilsættes brint, hvilket skaber metan. Her ligger et enormt potentiale for videre forskning og udvikling. Mange af de tunge transportkøretøjer som lastbiler, busser, fejemaskiner, renovationskøretøjer, færger og fly, skal på sigt køre på grøn gas eller flydende grønne brændstoffer fx metanol. Jo større mængder der bæredygtigt kan produceres jo hurtigere kan udfasningen af de fossile brændsler ske. Sammenholdt med det faktum, at Energistyrelsens scenarier viser, at der, for at få tilstrækkeligt med energi med kulstofindhold, vil være behov for at metanisere, er der et meget stærkt grundlag for at anbefale en forceret teknologiudvikling på dette område.

5 Udvikling af flydende brændstoffer En anden del af transportsektoren, er den tunge transport som busser, lastbiler, færger og fly. Her er brint og el i langt de fleste tilfælde, som vores vejnet er bygget op i dag, utilstrækkelige. Her er brug for brændstoffer med højere energitæthed som syntetisk diesel, metanol og DME. Disse flydende brændsler bliver der i dag forsket i at udvikle og opbevare. Der er dog betydelige økonomiske udfordringer for anlæggene, da disse skal bygges i GW-størrelsen for at få en fornuftig forretningsplan. At gå fra laboratorium til storskala demonstration er en krævende opgave. Det er derfor nødvendigt med opbakning fra det offentlige til sådanne store projekter, hvori læringskurven vil være stejl. Det er centralt at der opnås konkurrencedygtige produktionspriser, hvis fortrængningen af de fossile brændsler skal ske i henhold til at opnå de nationale og europæiske mål for transportsektoren. Ikke mindst fordi elektrificeringen af transportsektoren går langsommere end forventet og der fortsat er en betydelig del af den tunge transport, som ikke kan vurderes at kunne elektrificeres. Brændstofferne vil kunne bruges til at erstatte fossilt brændstof, hvor der er meget få andre alternativer, og vil samtidig kunne bidrage til at optage den brint, der bliver produceret ved elektrolysen og dermed indirekte også til stabiliseringen af elnettet. Derfor bør der også her søges en forceret teknologiudvikling. Mulighed for reversible brændselsceller Økonomiske beregninger har vist store udfordringer for en forretningsplan for elektrolyseanlæg hvis de i særlig grad skal byde ind når elprisen er meget lav eller negativ. Disse timer er der ca af om året, og hvis anlægget skal stå stille de resterende 7000 timer om året skal anlægsomkostningerne, samt drift og vedligehold være forholdsvis lave og effektivitetsgraden være høj. Hvis anlægget derimod kan levere strøm tilbage til nettet når prisen er meget høj, vil efterspørgslen, og dermed betalingsvilligheden, være så høj, at effektiviteten næsten ingen rolle vil spille. Inden for SOFC/EC-teknologien arbejdes der i øjeblikket på et sådant anlæg, da det er de samme celler der bruges i elektrolyseanlæg og brændselscelleanlæg. Hvis økonomiske beregninger viser, at et reversibelt anlæg vil have en fornuftig forretningsplan, kunne det være en mulighed at udviklingen gik i den retning. Her kræves udvikling inden for systemer. Grundet den meget høje værdi af reversibel brændselsceller er der potentiale for en forceret teknologiudvikling, om end det er vigtigt at holde fokus på holdbarhed m.m. og erkende at teknologien her har større udfordringer end på en række af de andre områder.