Väte i nyckelroll i fossilfri värld
av Patrik Harald Forum 2021-09, sida 12-14, 18.11.2021
Väte i nyckelro tU fossilfri värld
Möjligheten att lagra energi är avgörande för hur världen klarar omställningen från fossilt till förnybart. Här ser vätgasen ut att få en centralroll. Flera ambitiösa projekt står i startgroparna också i Finland, men oklar reglering hotar fördröja utvecklingen.
PATRIK HARALD TEXT x Budskapet i rapporterna är samstämmigt: omställningen till fossilfritt går för långsamt för att världen ska klara Parisavtalets klimatuppvärmningsmål. Ännu i fjol stod fossila bränslen, som kol, gas och olja, för nästan 80 procent av världens energiförsörjning medan förnybar energi stod för bara 12 procent, framgår av energiorganet IEA:s årliga World Energy Outlook-rapport.
En snabb reträtt från oljeberoendet kräver en omfattande elektrifiering av samhället med
AFFÄRSMAGASINET FORUM NR 9202 förnybar energi från till exempel sol och vind. Här görs förvisso stora investeringar. Men för ett norrfånget land som Finland, med lång, kall, mörk och tidvis vindstilla vinter, blir tillgången till förnybar el ojämn - utbudet riskerar vara minst just när efterfrågan är störst. Därför behövs balanskraft som jämnar ut fluktuationerna. Också den bör vara fossilfri. Den senaste tiden har så kallad grön vätgas seglat högt upp i diskussionerna som ett lovande alternativ för att fylla balanskraftbehovet.
”Grön” kallas den vätgas som framställs med förnybar energi. Råvaran är vatten, som med hjälp av elektrolys spjälkas upp i väte och syre.
Principen är enkel: när det finns ett överskott på vind- eller solkraft (i regel sommartid) kan den el som inte konsumeras direkt användas till produktion vätgas, som går att lagra och transportera. När elunderskott råder kan vätgasen omvandlas tillbaka till el. I vätgas är det mer ändamålsenligt att lagra större mängder energi, och under längre perioder, än i till exempel batterier.
”I en framtid där vår energiproduktion i huvudsak bygger på vindkraft är energilagring en nödvändighet. För korttidslagring finns olika slag av batterianläggningar, men under den finländska vintern behövs lösningar som kan garantera energiförsörjning i flera dagar eller veckor. Då kommer vätgas in i bilden.”
Så säger Hans-Alexander Öst, utvecklingsdirektör vid Vasa Elektriska. Tillsammans med Wärtsilä, energiproducenten EPV och Vasa stad planerar Vasa Elektriska bygga ett så kallat P2X2P-system (Power-to-X-to-Power), där förnybar el från framför allt vindkraft omvandlas till vätgas under tider när det finns ett överskott på vindkraftsel. Vasa Elektriska har tillsammans med EPV investerat stor i vindkraft de senaste åren och satsningarna fortsätter.
Enligt Öst kommer olika former av energilagring att spela en avgörande roll för hur samhället klarar omställningen till förnybar energiproduktion. Centralt är också hur vi lyckas flexa och styra förbrukningen mot tidpunkter där det finns gott om energi.
”I framtiden kommer energipriset att leva rätt kraftigt beroende på vädret. När det blåser och finns gott om vindel i Norden är priset lågt. Då är det vettigt att producera vätgas av den el som inte konsumeras direkt. När det är vindstilla stiger priserna och då omvandlar man vätgasen tillbaka till el eller värme via P2X2P-cirkeln. “Perfekt balanskraft”. En central komponent i Vasaprojektet är Wärtsiläs flerbränslemotorer. De bygger på gammal hederlig förbränningsmotorteknologi, men i stället för fossila bränslen som bensin, diesel och naturgas, kommer bränslet i framtiden att vara väte, som är explosivt. Med vätgas som bränsle är motorernas primära utsläpp vattenånga. Wärtsiläs motorer klarar också andra bränslen, som biogas eller vätederivat, till exempel syntetisk metan, metanol och ammoniak. I
AI0LS 3800 99 Produktion av grön vätgas kommer tillfälligt att behöva samhällsstöd, men efterhand blir den konkurrenskraftig, precis som det har gått med vindkraften.
Hans-Alexander Öst, utvecklingsdirektör på Vasa Elektriska (bilden).
ett första skede blandas vätgasen med biogas, men Wärtsilä utvecklar motorn så att den i framtiden går på hundra procent vätgas.
Enligt Öst fungerar gasmotorer perfekt för produktion av balanskraft för elnätet under perioder när det inte blåser.
”Motorerna är i gång på mindre än en minut och kan köras med full effekt efter några minuter. Eftersom vårt mål är att vara koldioxidfria vill vi inte investera i energiproduktion som baserar sig på fossila bränslen för att få balanskraft.”
Vasaprojektet väntar nu på besked om stöd från Arbets- och näringsministeriet. I sin ansökan lovar man att demonstrera en anläggning som drivs med hundra procent vätgas före slutet av 2026.
”Så snart vi får ett positivt beslut från ministeriet är vi klara att köra vidare i snabb takt.”
Harjavalta och Nådendal. Vätgasprojektet i Vasa är inte det enda i landet. Först ute torde vara företaget P2X Solutions som siktar på att starta sin anläggning för produktion av grön vätgas i Harjavalta under första halvåret 2024. Den ska ha en kapacitet på 20 megawatt och som biprodukter genereras syre som erbjuds industrin, samt värmeenergi.
LIvAl8 > VÄT sm Väte är universums vanligaste och lättaste grundämne. Uppemot go procent av alla atomer antas vara väte. På jorden är största delen bundet i vatten.
= — Ämnets kemiska beteckning är H efter latinets hydrogenium. Vätgas består av två väteatomer, H2. Gasen övergår i flytande form vid -253 grader Celsius.
sm — Såkallad grön vätgas tillverkas med förnybar el genom elektrolys där vatten spjälkas upp i väte och syre. Dagens vätgas tillverkas dock till största delen av fossilnaturgas genom reformering, en process som är mindre energikrävande än elektrolys.
= Idag används vätgas främst inom industrin, till exempel vid tillverkning av konstgödsel eller inom oljeraffinaderier vid tillverkning av bensin och diesel. Ett nytt användningsområde är tillverkning av fossilfritt stål.
sm — Framöver väntas vätgas få stor betydelse vid lagring av förnybar energi, där den sol- och vindkraft som inte genast konsumeras kan omvandlas till vätgas genom elektrolys. Vätgasen kan lagras och sedan vid behov omvandlas till el igen i bränsleceller, förbränningsmotor eller gasturbin.
Ingenjörsbyrån Elomatic utreder tillsammans med Turun Seudun Energiantuotanto (TSE) möjligheterna att bygga en produktionsanläggning för grön vätgas i anslutning till TSE:s kraftverk i Nådendal. Målet är att vätgasen ska bli bränsle för sjöfart och tung trafik.
Vanda energi undersöker för sin del möjligheterna att tillsammans med Wärtsilä bygga en power-to-gas-anläggning (P2G) för produktion av syntetisk metan. Anläggningen som enligt planerna tas i drift 2025 är den första i Finland som producerar koldioxidneutral syntetisk metan i kommersiell skala.
Spillvärme tas tillvara. Som argument mot användning av vätgas anförs ibland verkningsgraden, som ligger kring 65 procent. Resten av den energi som sätts in i elektrolysprocessen går förlorad i form av spillvärme. När vätgasen åter omvandlas till el uppstår också en värmeförlust.
I ett litiumbatteri är verkningsgraden uppemot 90 procent. Jämför man å andra sidan med förbränningsmotorn är verkningsgraden där bara cirka 40 procent.
Enligt Öst bör man inte fästa alltför mycket vikt vid effektiviteten hos enskilda delar i ett energisystem, utan se på systemet som helhet.
AFFÄRSMAGASINET FORUM NR 9202 ”Om vindkraften byggs ut så att det finns gott om billig vindel, kan systempriset hållas konkurrenskraftigt också vid vätgasens verkningsgrad.”
Dessutom kommer givetvis inte all sol- och vindenergi att konverteras till vätgas; så mycket som möjligt förbrukas direkt när energin produceras, utan förluster. I de vätgasprojekt som offentliggjorts är tanken dessutom att tillvarata spillvärmen och leda in den i fjärrvärmenät för att maximera anläggningarnas verkningsgrad. Det handlar om att placera anläggningarna så att det uppstår synergi med omgivningen.
Vasa Elektriska har för sin anläggning två alternativa placeringar, den ena på Vasklot-ön där det redan finns energiproduktion och ett stort värmelager (se separat artikel). Här kan spillvärmen från vätgas- och energiproduktionen föras över till värmelagret och sedan sättas in i fjärrvärmesystemet.
”Fjärrvärmenätet är en av de fördelar vi har i Finland, värmen kan tas tillvara, återvinnas och användas för att värma upp städerna.”
Det andra placeringsalternativet är Gigavasaområdet strax söder om staden, som är planerat för batteriproduktion. Också här kan spillvärme tas tillvara, men vätgasanläggningen kan också förse batteriproduktionen med grön el och samtidigt med grön syrgas som batteriindustrin också behöver.
”På så sätt faller många pusselbitar på plats.”
Vätgas eller batterier? Vid val av teknik för energilagring gäller det att noggrant beakta kostnaden per energienhet för olika alternativ och hur väl de passar olika användningsområden. Det säger Berndt Schalin, vd på energiutvecklingsbolaget Flexens på Åland.
”Tappet i verkningsgrad hos vätgas gör att totalkostnaden per energienhet blir högre för vätgas än om man har möjlighet att utnyttja energin direkt som el. Därför gäller det att noggrant se över var det lönar sig att använda vätgas och var det är vettigare att använda batterier eller lagra energin som värme.”
Enligt Schalin lämpar sig vätgas bra för till exempel tung trafik och för industrin. Inom Flexens har man sett på möjligheten att använda vätgas på de åländska skärgårdsfärjorna. Där är många rutter så långa att eldrift skulle kräva så stora och tunga batterier att de skulle utgöra färjans hela nyttolast. Också med tanke på koldioxidutsläppen, där färjetrafiken är en stor utsläppare i ett åländskt perspektiv, är väteenergi intressant.
”Som jag ser det är vätgas vettig där den fungerar i slutanvändningen.”
Kostnaden för litiumbatterier sjunker och
AFFÄRSMAGASINET FORUM NR 9202 är nu på väg ner mot cirka 300 euro per kilowattimme. Motsvarande siffra för ett system där energin lagras i form av värme är mellan 10 och 30 euro, det vill säga högst en tiondel. ”Att lagra energi som värme kostar alltså bara en tiondel jämfört med att lagra den som el. Överallt där slutanvändningen är värme lönar det sig att konvertera sol- och vindenergi till värme och sedan lagra den som värme.”
Vindkraft. Sitra bedömer att uppemot tiotusen nya vindkraftverk kan behövas för att Finland ska nå målet om klimatneutralitet till 2035 och kort efteråt bli koldioxidnegativt. (Uppskattningen bygger på produktion med nuvarande vindkraftsteknik och kapacitet.) Då vindkraften i dag står för cirka 10 procent av elproduktionen skulle den enligt Sitra närma sig 75 procent 2050.
Hans-Alexander Öst räknar med att utbyggnaden av vindkraft märks i elpriserna redan de kommande åren. I början av innevarande år hade Finland vindkraftskapacitet motsvarande cirka 2 500 megawatt. Räknar man enbart de projekt som är på gång kommer mängden enligt Öst att fördubblas fram till slutet av 2023, till cirka 5 000 megawatt.
”En riktigt kall vinterdag kan Finlands effektbehov ligga på 14 000 megawatt, vilket betyder att en tredjedel av behovet kunde täckas av vindkraft, förutsatt att det blåser bra. Samtidigt kan effektbehovet en sommarmånad gå ner till 6 000 megawatt. Om vi då har 5 000 megawatt vindkraft och dessutom kärnkraftverken i Lovisa och Olkiluoto, så kommer vi att se en förändring i marknadspriserna på el redan de kommande två åren. Vi får mer av de riktigt billiga timmarna.”
Nya affärsmöjligheter. Förutom strävan efter att klara utsläppsmålen kan energiomställningen ge möjlighet till ny affärsverksamhet, även för regionala energibolag. Hans-Alexander Öst ser stor exportpotential för vätgasprojektet i Vasa. Bottniska viken där vindkraften byggs ut kraftigt har ibland liknats vid oljerika Persiska viken, och energiexport från Bottenviken ses rentav som en möjlighet.
Både näringslivet och samhället försöker nu ta vara på de möjligheter teknikskiftet erbjuder i form av investeringar som ger tillväxt, sysselsättning och skatteintäkter.
EU presenterade sin ambitiösa vätgasstrategi sommaren 2020 och på kontinenten planeras mångmiljardinvesteringar i produktion och infrastruktur för vätgas. I Finland är regeringens energi- och klimatstrategi under arbete och också där ses vätgasen som en central pusselbit.
I februari formades på privat initiativ et nationellt vätekluster med cirka 45 medlemsföretag. Kring Bottenviken och Östersjön har nätverket BotH, nia uppstått för att locka europeiska väteinvesteringar till regionen. Globalt är kapplöpningen mot vätgasekonomin i full gång och en del har uttryckt oro över att Finland vaknar för sent.
Tillfälligt stöd behövs. Eftersom vätgasenergi är en teknologi under utveckling behövs det enligt Öst ett samhällsstöd under en övergångsperiod för att driva utvecklingen framåt. Så var det också med vindkraften, där Vasa Elektriska var med och investerade i Finlands första vindkraftspark i Molpe, Korsnäs, i början av 1990-talet.
”De första vindkraftsparkerna i Finland var inte lönsamma utan statligt stöd, men i dag är situationen en annan. Den tekniska utvecklingen har tagit enorma steg framåt.”
Han exemplifierar: På 1990-talet gav en turbin en effekt på 250 kilowatt. I dag talar vi om effekter på 5,5 megawatt det vill säga cirka 22 gånger mer, och effekten på turbinerna ökar kontinuerligt. Kapacitetsfaktorn har också stigit rejält, vilket betyder att man får ner kostnaderna. När dagens vindmöllor samtidigt når högt över trädtopparna fångar de upp vinden mycket bättre.
”Den här utvecklingen har gjort hela energiformen konkurrenskraftig. Inom solenergin har skett en motsvarande utveckling, och på samma sätt kommer det att gå inom P2X. Tills vidare är vi bara i startgroparna.”
Oklara regler bromsar. För att Finland ska bli koldioxidneutralt fram till 2035 måste många bitar falla på plats.
”Tiden börjar bli knapp. Det behövs stora mängder vindkraft, men att projektera en vindkraftspark kan ta fem år eller mer. En annan fråga är vem som ska betala till exempel kablar och anslutning till elnätet”, säger Berndt Schalin.
Han säger att oklara regelverk utgör en broms för en snabb utveckling mot vätgasekonomin. Ett hinder är att tillgängliga EU-bidrag villkoras med komplexa kriterier. Det pågår till exempel en armbrytning kring EU:s taxonomi där förslaget är att vätgas för att få kallas grön måste produceras med nyinvesterad förnybar energi.
”Politikerna har tre verktyg: förbud, subventioner samt skatter och andra avgifter. Alla tre behövs för att få igenom energiomställningen. Stora fonder investerar gärna om det finns affärs-case, men då måste regleringen vara klar. Förutom den tekniska utvecklingen är ett av de största hindren nu att få igenom de politiska besluten”, säger Schalin.