Batterier, hydrogen og andre miljøvennlige energibærere - som kan bidra til miljømessig forbedring av landbruket og transportsektoren

Transkript

1 Batterier, hydrogen og andre miljøennlige energibærere - som kan bidra til miljømessig forbedring a landbruket og transportsektoren Preben J. S. Vie, seniorforsker Institutt for energiteknikk 14. September 2017

2 Institutt for energiteknikk - Uahengig priat forskningsstifelse etablert 1948 Energy research laboratory 600 ansatte (Kjeller & Halden) Omsetning: MNOK 750 Contract research Internationally oriented Lokalisert på Kjeller og I Halden Energy and Enironmental Technology Petroleum Technology Nuclear Technology, Physics and Safety Safety-MTO Isotope Laboratories

3 Value chain for batteries at IFE SafeLiLife Raw material Adapted raw material Batteries Modules End-user

4 Example - Cycle life temperature effect Pouch cell - Graphite NMC electrodes

5 Fornybare energikilder Vannkraft Solstrøm (IFE-aktiitet) Vindkraft (IFE-aktiitet) Bølgekraft Bioenergi

6 Hordan lagre fornybar energi? Hydroelektrisk med annreseroar (70 80 % irkn. grad) Perfekt for norske annkrafterk Ïkke så perfekt så mange andre steder uten annkraft - arealkreende Komprimering a luft (60% irkn. grad) (CAES) Trenger gasstette gruer, gamle reseroarer Gassturbiner kjøling Singhjul (~90 % irkn. grad) Høy effekt, la energimengde Oppladbare batterier (60 95% irknings grad) Li-ion (95%) Pb/PbSO 4 (60%) Strømningsbatterier (70-80%) Hydrogen (~< 50% irkn. grad) Spalting a ann ed elektrolyse Lagre hydrogen Omforming a hydrogen til elektrisk energi og ann

7 Framtidas transportløsninger? Horfor gjøre noe? Reduksjon a utslipp a klimagasser Bedre lokalt klima (spesielt i storbyer) Peak-oil (slutt på olje) Billigere fornybar energi enn olje/gass Elektriske kjøretøyer Batterielektrisk (max km, Tesla 500 km) Hybridkjøretøy, plug-in hybrider Brenselcellebiler (800 km) Diesel/bensin Biodristoff Bioetanol, biodiesel Syntetiske dristoff fra fornybar energi Fra kullkraft Fra biologisk materialer El Induksjon til kjøretøy Andre?

8 Hydrogen og andre lagringsteknologier for elektrisitet energitetthet Bensin Data for the other electrical storage options was found in The hydrogen system results were calculated from data ( and case studies based on a hydrogen system of 50 kw electrolyser, 2500 Nm³ H2-storage and 60 kw fuel cell also projecting future cost alues in approx. 10 years

9 Hydrogen og andre lagringsteknologier for elektrisitet irkningsgrad Forbrennings -motor Forbrenningsmotor Data for the other electrical storage options was found in The hydrogen system results were calculated from data ( and case studies based on a hydrogen system of 50 kw electrolyser, 2500 Nm³ H2-storage and 60 kw fuel cell also projecting future cost alues in approx. 10 years

10 Hydrogen som framtidig energibærer

11 Ha er det med hydrogen? Brenner uten synlig flamme Sprer seg sært raskt Lettantennelig i luft Høy energitetthet per ekt 3 ganger høyere enn bensin La energitetthet per olum flytende H 2 : 3.6 ganger laere enn bensin Kokepunkt -253 o C store tap (25-30%) ed kondensering (æske) Vanskelig å lagre, metallsprøhet Produserer rent ann ed forbrenning Bygass (Bergen til 1983) besto a omkring 50% H 2

12 0-utslipps-alternatiene Effektiitet 3 0 lokale utslipp 2 La motorkostnad 1 Hydrogen Råstoffer 0 La tankkostnad Batteri Biodristoff Tetthet/kg Tetthet/l Ulike løsninger med ulike styrker (og modenhet)

13 Biodristoff Bra fordi: Høy energitetthet! Minst teknologiendring fra dagens biler Men: Lokale forurensninger Etiske utfordringer Blir dyrere jo mer i bruker! Bør kun brukes der det ikke finnes alternatier! (Norge er ikke representatit for global tilgang til råstoff )

14 Bioressurser dyrere jo mer i bruker Behoet i transportsektoren: ca 50TWh energi

15 Biogass s biodiesel Biogass mye renere Alternatiet for biogass kan ære direkte utslipp a metan, som er en erre klimagass enn CO 2 (deponi++) Biogassressursen er begrenset (ca 1TWh) Når i har brukt all biogassen til å drie bussene i Oslo, hor mye har i da hjulpet lastebilnæringen med å finne en løsning?

16 Batteri ja takk! Lade batteriet under oppbremsing Batteriet jener ut effekt-ariasjoner Hybrid-arkitekturen muliggjør både ren elbil, biodristoff og hydrogen

17 Batteries Læringskure gir prisfall 2 år leetid, 5% a prisen 8 år, 50% a pris >10 år, 100% a pris

18 Batterier snittpris s markedsleder Hele markedet lærer, men de beste er allerede sært gode Nyqist et al, Nature 2015

19 Today LH2 Batterikapasitet LH 2 -tank > 11 kg/100 kg 33 kwh/kg = 3500 Wh/kg Today Hydrogen storage Fuel Cell H 2 -tank (700 bar): 5.5 kg/100 kg 33 kwh/kg = 1815 Wh/kg H 2 -tank + Fuel Cell: ca Wh?

20 Hydrogenlager 700 bar 16kg tank/kg H2 350 bar 13kg tank/kg H2 LH2 eitransport 10 kg tank/kg H2 To lag stål (3/8 + ¼ ) LH2 lufttransport <10 kg tank/h2! Sources: Hexagon, Linde, Boeing, Kawasaki Stor LH2 tank <<10 kg tank/h2

21 Hydrogen - ha er annerledes denne gangen? Hype-syklusen hert trinn gir ny hype, til i ikke gidder å lytte lenger: Oppfinnelsen!!! (1839) Riktig kjerneteknologi!!! (1960) Det kan brukes til cirka det det skal!! (1994) Produktet er modent! (2014) Masseproduksjonen er i gang. ( ) Enighet??? Source: Daimler

22 Ha skal man elge? Velg noe du kan få med (batteri eier ca 5 ganger så mye som komprimert H 2, >10 ganger så mye som flytendegjort H 2 ) Begrenset a ladetid/ladeinfrastruktur? H 2 for personbil, ca 3 min batteri ca 30 min Ikke alle har parkering med lademulighet Mer enn 1000 ladesykler (daglig kjøring) batteri! (og det samme prinsippet gjelder ladeinfrastruktur!) Ekstra rekkeidde du bruker sjelden: hydrogen!

23 Ha gjør Europa når inden ikke blåser og solen ikke skinner? Source: Fraunhofer Time: brukes ofte, lite energi, lett å løse med batteri Uke/Måned: mulig å løse med hydrogen Sesong: brukes sjelden, mye energi, anskelig å løse utenom Norge Hor mye er det erdt å ha gasskraft som back-up hem skal betale?

24 Ulike oppgaer ulike løsninger Start/stopp Bykjøring Elektrisitet om bord Landeeiskjøring Innlands(-skjærs) båttrafikk Tungtransport Fly Interkontinental båttrafikk Batterier Hydrogen Biodristoff Nettbalansering time Balansere soltak- døgn Balansere indkraft uke Balansere sesong Erstatte olje i materialproduksjon Vi trenger mange ulike løsninger, men i trenger ikke alle i alle nisjer!

25 De reelle spørsmålene Hor går grensen for ha batteriet bør gjøre? Blir det nok billig biodristoff til fly, skip, lastebiler, busser? Hordan kan i hjelpe hydrogen ut a startgropa? Når blir disse teknologiene billigere enn fossilt dristoff i ulike nisjer?

26 Takk for oppmerksomheten! Se gjerne på: ife.no/fremtid FME MoZEES: