Hvorfor hydrogen? Bjørg Andresen Spesialrådgiver Institutt for energiteknikk

Transkript

1 Hvorfor hydrogen? Bjørg Andresen Spesialrådgiver Institutt for energiteknikk

2 Innhold Hva er hydrogen Produksjon Fra naturgass ZEG -konseptet Fra vann Sluttbruk Marked

3 Grunnstoff med kjemisk symbol H og atomnummer 1 H 1 He 2 Li Be 3 4 Na 11 Na 11 Mg 12 B 5 Al 13 C 6 Si 14 N 7 P 15 O 8 S 16 F 9 Cl 17 Ne 10 Ar 18 K 19 Ca 20 Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 Ga 31 Ge 32 As 33 Se 34 Br 35 Kr 36 Rb 37 Sr 38 Y 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Tc 43 Ru 44 Rh 45 Pd 46 Ag 47 Cd 48 In 49 Sn 50 Sb 51 Te 52 I 53 Xe 54 Cs 55 Ba 55 La 57 Hf 72 Ta 73 W 74 Re 75 Os 76 Ir 77 Pt 78 Au 79 Hg 80 Ti 81 Pb 82 Bi 83 Po 84 At 85 Rn 86 Fr 87 Ra 88 Ac 89 Rf 104 Db 105 Sg 106 Bh 107 Hs 108 Mt 109 Ds 110 Ce 58 Th 90 Pa 91 U 92 Np 93 Pu 94 Am 95 Cm 96 Bk 97 Cf 98 Es 99 Fm Pr 59 Nd 60 Pm 61 Sm 62 Eu 63 Gd 64 Tb 65 Dy 66 Ho 67 Er Tm 69 Md 101 Yb 70 No 102 Lu 71 Lr 103

4 Fakta om hydrogen Fargeløs, luktfri gass H 2 Brenner uten synlig flamme Sprer seg svært raskt Lettantennelig i luft Kokepunkt -253 o C Store tap (25-30%) ved kondensering Vanskelig å lagre, metallsprøhet Produserer vann ved forbrenning

5 Energiinnhold Høy energitetthet per vekt ~ 3 ganger høyere enn bensin Lav energitetthet per volum Flytende H 2 : 3.6 ganger lavere enn bensin Energiinnhold Hydrogen: 33.3 kwh/kg 2.4 kwh/l Metan: Propan: Diesel: Bensin: Metanol: m 3 = 90 gram

6 Utfordringer: Hydrogen som energibærer Effektiv, billig produksjon av hydrogen Trygg, energi- og kostnadseffektiv lagring av hydrogen for stasjonære (infrastruktur) og mobile anvendelser

7 H 2 - produksjon fra naturgass Damp reformering (SMR): CH 4 (g) + 2H 2 O(g) CO 2 (g) + 4H 2 (g) Damp reformering med integrert CO 2 -fangst (SE-SMR): CaO (s) + CH 4 (g) + 2H 2 O(g) CaCO 3 (s) + 4H 2 (g) H 2 concentration (dry mol fraction) CaO/CH 4 =2 S/C-ratio = 3 Pressure = 1.013x10 5 Pa Temperature [Celcius] With CaO Without CaO

8

9

10 H 2 - produksjon fra biogass Fra avfall til hydrogen Billig råstoff, konkurransedyktig pris på hydrogen Inkludert CO 2 - fangst Ekstra bonus dersom den bindes, deponeres eller anvendes lokalt Direkte bruk Transport Elektrisitet Videreforedeling Metanol Oppgradering av bio-olje Kombinerte løsninger FREVAR

11 Produksjon av hydrogen Vannelektrolyse H O (l)+ el (>1.44 V) H (g) + O (g) Lavtemperatur Polymer elektrolytt membran (PEM) ca. 80% el. virkningsgrad C Høytemperatur Fastoksid 100 % el. virkningsgrad C Kan utnytte overskuddsvarmeenergi Ø. Ulleberg, IFE

12 Vannelektrolyse Atmosfærisk elektrolysør Hydrogenstasjon i Hamburg Ø. Ulleberg Høytrykkselektrolysør Hydrogenstasjon, Reykjavik Kilde: Norsk Hydro

13 Bruk av hydrogen H (g) + O (g) H O (g/l)+ el (<1.22 V) + varme Forbrenning i brenner varme Forbrenningsmotor Konvertering til mekanisk energi og vann Max 30% virkningsgrad Brenselcelle Direkte konvertering til vann og elektrisk energi 50-60% virkningsgrad Ø. Ulleberg

14 Brenselceller Alkalisk brenselcelle 80 C Polymer elektrolytt brenselcelle C Fosforsyre brenselcelle 200 C Smeltekarbonat brenselcelle 600 C Fastoksid brenselcelle C Lydløse Miljøvennlige Effektive Modulære Kompakte Rask respons Ø. Ulleberg; IFE

15 Prinsipp Ø. Ulleberg, IFE

16 PEM-brenselceller Opp til flere 100 celler 5 celler per cm Aktivt celleareal: ca cm A >100 V 1kW/liter e - SIEMENS Ø. Ulleberg, IFE

17 Anvendelsesområder Transport Erstatning for batterier i bærbar elektronikk Stasjonær energiproduksjon Ø. Ulleberg, IFE

18 Logistikk formål

19 Markedet for hydrogen Totalt forbruk i 2009: 42 millioner tonn Metanol 9% Annet 8% Raffinering 23 % Ammoniakk 60 %

20 Den Europeiske transport-fremtiden Hydrogenbiler Brenselcellebiler er er kommersielt Totale essensielle Basert på faktiske for å nå og konkurransedyktige eierskapskostnader, Batterielektriske europas konfidensielle mål om data 80 fra % med energiproduksjon Brenselcelle-elektriske mer reduksjon alle enn 30 av og forskjellige kjøretøysteknologier distribusjon Plugin-hybrider selskaper. drivhusgasser for frem alle Bensin-hybrider innen teknologier mot November 2010 B. Simonsen, Hynor

21 Hvorfor hydrogen? Hydrogen energibærer for fremtiden kan framstilles fra alle energikilder avgir kun vann ved sluttbruk

22 Et bærekraftig hydrogensamfunn Ø. Ulleberg, IFE

23 Takk for oppmerksomheten!