Bellona rapport nr. 6 - 2002

Bjørnar Kruse Sondre Grinna Cato Buch

HydrogenStatus og muligheter

Bello

na r

appo

rt n

r.6

- 20

02::

Hyd

roge

n

Bellonas samarbeid med næringslivet

I 1998 lanserte Bellona sitt samarbeidsprogram B7 mednæringslivet. Miljøprogrammet er løsningsorientert ogteknologi-optimistisk, og baserer seg på en dialog med dei næringslivet som har ambisjoner om å ligge i forkant avutviklingen.

B7-PROGRAMMET BESTÅR I DAG AV FØLGENDE SAMARBEIDSPARTNERE:

NHOUniteamStatoil Phillips PetroleumScandic Hotels StatkraftSASAker RGIAker MaritimeNorway SeafoodsNorcemEiendomssparFred OlsenEnergosOSLMiljøforsikringIndustrikraft Midt-NorgeCOOPBertel O. SteenECOSkrettingMarine HarvestSkeidarSelect Service PartnerBraathensEnergy & IndustryOrganic PowerApplied Plasma PhysicsShellErametPostenWPIFiskebåtrederenes Forbund

DETTE ER BEDRIFTER SOM REPRESENTERER BRANSJER, PRODUKTER OG TJENESTER SOM ERAVGJØRENDE I ARBEIDET MED Å DEFINERE FREMTIDENS MILJØKRAV.

B7-programmet tar for seg de viktige og langsiktige rammevilkårene for miljø og samfunn, og partene ser påhverandre som sparringspartnere med motekspertise ogspisskompetanse på jakt etter miljømessige og bedrifts-økonomiske forbedringer.

Vi vil også takke Eckbos Legater for økonomisk støtte.

Rapportens hovedsponsorer:

For ordens skyld vil vi gjerne understreke at innholdet avrapporten fullt og helt står for Bellonas regning og atvåre samarbeidspartnere og økonomiske støttespillereikke har noe ansvar i så henseende.

Utgitt av:Miljøstiftelsen Bellona

Oslo: Murmansk:P.O. Box 2141, Grünerløkka P.O. Box 4310NO-0505 Oslo 183038 MurmanskNorway Russiabellona@bellona.no russbell@polarcom.ruwww.bellona.no www.bellona.ru

St. Petersburg USAP.O. Box 4 P.O. Box 53060, NW191 023 St. Petersburg Washington, DC 20009Russia USAecr@mail.wplus.net bellona@mindspring.com

Brussel142-144 Avenue de TervuerenB-1150 Bruxelles Belgiumbellona@europe.com

Ettertrykk anbefales mot henvisning til kilde.

Nøkkelord: Hydrogen, brenselceller, alternativt drivstoff.

Redaktør: Bjørnar KruseForfattere: Bjørnar Kruse

Sondre GrinnaCato Buch

Språkkonsulent: Marte-Kine SandengenDesign/Layout: Andreas Fjeld

Thomas HeierstedMagnus AndersenGry Hansen

ISSN 0806-346XISBN 82-92318-04-6

og utvikling av energiløsninger for første halvdel av det nyeårhundret.Denne rapporten er hovedsakelig en kartlegging av teknologistatus og muligheter. Vi håper samtidig at den vilbidra til å stimulere flere til å tenke utfordringer og løs-ninger, og fokusere mindre på problemer og barrierer.I kap.1 beskriver vi visjonen som ligger bak vårt arbeid medhydrogen. Vi ser på muligheter og noen utfordringer vedintroduksjon av hydrogen i energi- og transportsektorene.Dette kapittelet summerer også noen av hovedpunktenefra rapporten. Kap.2 tar for seg teknologier for produksjon,lagring, transport og bruk av hydrogen, og er ganske tekniskorientert. Kap.3 og 4 tar for seg hydrogen i henholdsvistransport- og energisektoren. I kap.5 går vi gjennom sikkerhetsaspektet ved bruk av hydrogen.

Det er Bellonas visjon at oljenasjonen Norge skal gå fra åvære en del av problemet til å bli en del av løsningen. Viønsker i denne rapporten å fokusere på mulighetene ogviktigheten ved å gjøre de riktige valgene allerede i dag.Vi vil takke alle som har bidratt til rapporten.En spesiell takk til Bjørn Gaudernack , Egil Holte, CarlWilhelm Hustad og Marte-Kine Sandengen.

Bjørnar Kruse, Sondre Grinna og Cato Buch

Oslo 13.02.2002

ForordI løpet av de siste hundre årene er verdens forbruk av fossil energi blitt 20-doblet. Dette har medført en rekkemiljøproblemer, som lokal luftforurensning, sur nedbør, farefor klimaendringer og utslipp til jord og vann. Norge er en“energi-stormakt” med 75 % av oljereservene, 30%av gassreservene og 30% av gassproduksjonen i Vest-Europa. Som storeksportør av CO2 har vi et internasjonaltansvar for å utvikle nye, rene energiløsninger. Det kan ikkeforventes at fattige land skal bære disse kostnadene.Hydrogen er det grunnstoffet det finnes mest av i univer-set, men på jorda finnes det ikke fritt tilgjengelig. Hydrogener en nøytral energibærer. Det betyr at miljøverdien vedbruk av hydrogen er avhengig av hvordan hydrogenet blirprodusert. Et fornybart energisystem med hydrogen somenergibærer vil ikke gi skadelige utslipp til miljøet. Det ermulig å eliminere utslippene fra mobil forbrenning - dvs.transport - ved å erstatte eksplosjonsmotoren med hydro-gendrevne brenselsceller. Vi mener at innføring av hydro-gen som energibærer er en klar forutsetning for at vi overhodet skal kunne overvinne de klimautfordringene vi ståroverfor.Miljøstiftelsen Bellona ønsker å bidra i debatten rundtenergi, transport og klimautfordringer ved å innta en rollesom uavhengig pådriver med god kunnskap om hydrogen.For å lykkes i håndterimgen klimautfordringene vil det væreavgjørende å unngå kostbare omveier og blindveier.Vi mener at Bellona med sin erfaring som miljøaktivist pågrasrotnivå til premissleverandør for teknologiske løsningerhar en unik mulighet til å bidra konstruktivt i forhold til valg

Figur 1Vi må velge vei; blindvei, utforstupet eller motorveien motfremtiden.

I et globalt perspektiv vil hydrogen som energibærer være helt sentralt for å dempe

drivhuseffekten og den lokale forurensningen.

logiske eller sikkerhetsmessige barrierer for introduksjon avhydrogen og brenselceller, faktisk har hydrogen blitt pro-dusert og brukt industrielt i mer enn hundre år.Hydrogen kan framstilles fra en rekke forskjellige hydro-karbonforbindelser med forskjellige teknikker. Dersom manfremstiller hydrogenet fra kull, olje eller naturgass vil reststoffene være miljøbelastende dersom de ikke blir tatthånd om på en miljøforsvarlig måte.Hydrogen framstilt uten utslipp til miljøet, kan bli en storeksportartikkel for Norge, og representerer en foredling avvåre naturressurser. Bruk av reformert naturgass medCO2-deponering gir muligheter for storstilt eksport avhydrogen.Det er viktig at landet ikke lar de mulighetene som ligger idette gå tapt. Bellona ønsker derfor at en fra myn-dighetenes side oppretter et langsiktig FoU-program forhydrogen, slik en har i en rekke andre land.Brenselceller er nå en produksjonsklar teknologi, samtidigsom det internasjonalt satses mange milliarder årlig påvidereutvikling av teknologien. Det er spesielt protonbytte-membranbrenselceller (PEM) og fastoksid brenselceller(SOFC) som synes lovende.

SammendragVi står ovenfor store utfordringer knyttet til klimagassut-slipp, klimaendring, og behovet for en bærekraftig utvikling.Arbeidet til FNs klimapanel, “Intergovernmental Panel onClimate Change” (IPCC), har nå foregått i over 13 år, ogdet er oppnådd bred enighet blant forskere, industriledereog politikere om at man må gjennomføre drastiske reduk-sjoner av klimagassutslippene for å hindre menneskeskapteklimaendringer.Oljeforekomstene i verden er svært ujevnt fordelt. Over70 % av oljereservene finnes i OPEC-landene. Mangeutviklingsland bruker nesten alle sine eksportinntekter til åimportere olje. Samtidig har disse landene ofte storemuligheter for utnyttelse av sol- og vindenergi som kanerstatte bruken av fossile brensler. Det er viktig atutviklingslandene i tiden fremover ikke gjør storeinvesteringer som binder dem til import av fossile brensler.For Bellona er det viktig å presisere at det vi vet om nyhydrogenbasert teknologi gir grunn til optimisme medtanke på gode løsninger for å løse klimautfordringene.

HydrogenteknologiEn står nå i startgropa for lansering av hydrogen ogbrenselcelleteknologi på markedet. Det er ingen tekno-

Elektrisitet og hydrogen erfremtidens energibærere itransport- og energisektoren.

TransportsektorenTransportsektoren i EU baserer seg i stor grad på olje somdrivstoff (98 %). Om lag en tredjedel av de totale CO2-utslippene kommer fra transportsektoren.Hydrogen kan i Norge produseres desentralt og fornybartved hjelp av vannelektrolyse til konkurransedyktig pris iforhold til bensin, og vil ikke gi klimagassutslipp fordi elek-trisitetsproduksjonen er 99 % basert på fornybar energi.Metanol og naturgass er karbonholdige drivstoff og er ikkebrobyggere men blindveier til hydrogen i transportsek-toren. Begge kan gi positive reduksjoner i utslipp avhelseskadelige gasser og partikler til lokalmiljøet, menbidrar lite eller ingenting til reduksjonen av klimagassene.Man bør begynne å bygge ut en infrastruktur basert pådesentralisert hydrogenproduksjon og fornybar energi.Prisen på brenselcellebiler vil bli konkurransedyktig iforhold til konvensjonelle biler når man kommer igang medmasseproduksjon av brenselceller.I transportsektoren er det biler, busser og lette motor-sykler som først vil bli introdusert på markedet, dette vilskje i 2003-2004.

EnergisektorenEnergisektoren er i likhet med transportsektoren tungtbasert på fossile brensler. 85 % av verdens kommersielleenergisalg er basert på fossile energikilder.Optimalisering og bytting av fossilt brensel fra f.eks kull tilnaturgass er ikke nok. En overgang til fornybar energi erderfor nødvendig. Produksjon av solcellepaneler og vind-turbiner til en slik omlegging krever derimot store mengderenergi, og vil medføre en økning i energiforbruket. Derforblir det viktig å hindre utslipp av klimagasser fra fossilebrensler i en slik overgangsfase.Fossil kraftproduksjon, vel og merke med en form forhåndtering av CO2 slik at den ikke slippes ut i atmosfæren,kan være en bra måte å skaffe til veie kraft i en overgangs-fase. Dersom man bruker slik “CO2-fri” fossil kraft til å pro-dusere vindturbiner og solcellepanel, vil dette være en for-nuftig bruk av fossile hydrokarbonressurser.

Brenselceller er lydsvake og egner seg derfor svært godt tillokal kraftgenerering. Fordelen ved dette er at en kanbruke overskuddsvarme til oppvarming og varmtvannsamtidig som både behovet for utbygging og forsterkningav nettet samt effekttap i det samme nettet reduseres.Den elektriske effektiviteten er høy selv i små systemer, ogved lav last.Et av de første markedene for stasjonære brenselceller ernødstrømsanlegg, backupsystemer som i tilfelle strøm-brudd sikrer strømleveranser til for eksempel sykehus,større hoteller, dataanlegg og industri der brudd kaninnebære fare for menneskeliv eller store økonomiske tap.Mange fornybare energikilder som sol-, tidevanns- og vind-kraft gir en ustabil energiproduksjon, og mange ganger erdet et misforhold mellom produksjonstidspunkt og ønsketforbrukstidspunkt. I energisystemer som er basert på slikeenergikilder er det behov for energilagring.Til dette egnerhydrogen seg godt. Det finnes i dag flere slike enkelt-stående energisystemer, basert på fornybar energi/hydrogen.Det er trolig som erstatning for batterier i blant annetmobiltelefoner og bærbare pc-er at brenselceller først fårsitt gjennombrudd. Enkelte tror brenselceller vil erstatteslike batterier i løpet av en fem års tid. Markedet her erstort og betalingsvilligheten per Wh er større enn i trans-portsektoren og det stasjonære kraftgenererings-markedet. Stor etterspørsel vil kunne gi grunnlag formasseproduksjon av brenselceller.

SikkerhetHydrogen er ikke hverken mer eller mindre farlig ennhvilken som helst annen energibærer. I noen henseenderhar hydrogen egenskaper som gjør det sikrere en andreenergibærere. Hydrogen er ikke giftig, brenner raskt medlav strålingsvarme og har evnen til rask spredning i åpneomgivelser på grunn av lav tetthet i forhold til luft.Andre egenskaper ved hydrogen gjør at man må ta visseforhåndsregler, men et hydrogensystem kan designes likesikkert som, eller sikrere enn, f.eks. drivstoffsystemet i enbensinbil.

InnholdForordSammendragInnholdsfortegnelseBakgrunn

1 Visjoner og utfordringer 121.1 På vei opp fra oljesumpen 12

Petroholikernes dilemmaMarkedsstyrt teknologiutvikling 12

1.2 Utfordringer 13Infrastruktur 13Kostnader 13Lagring 14Standarder og lovverk 14Sikkerhet og kunnskapsmangel 14Metanol og naturgass 15

2 Hydrogenteknologier 162.1 Hydrogen2.2 Produksjon 16

2.2.1 Produksjon av hydrogen basert på fossile råstoff 16Forgassing av kull 16Dampreformering av naturgass 17Autotermisk reformering av olje og naturgass 17CO-skift 17Separering av CO2 17Deponering 17Termisk dissosiasjon 18Carbon Black & Hydrogen Process (CB&H) 18Plasmatron 18

2.2.2 Hydrogenproduksjon med fornybar energi 18Elektrolyse av vann 19Alkaliske elektrolysører 19Polymer elektrolytt (PEM) elektrolysører 19Dampelektrolysører 19Fotoelektrolyse 19Termisk spalting av vann 19Forgassing av biomasse 20Biologisk produksjon 20

2.3 Bruk av hydrogen 212.3.1 Brenselceller 21

Brenselcellesystem 22Alkaliske brenselceller (AFC) 22Fosforsyre brenselceller (PAFC) 22Fastoksid brenselceller (SOFC) 22Protonbyttemembran brenselceller (PEM) 23Karbonatsmelte brenselceller (MCFC) 24Direkte metanol brenselceller (DMFC) 24Regenerative brenselceller 24

2.3.2 Forbrenning av hydrogen 24Brennerteknologi 24Hydrogenmotorer 24Turbiner 25Hybrider 25

2.4 Lagring av hydrogen 25Komprimert hydrogen 25Flytende hydrogen 25Metallhydrid 26Hydrogen i karbonmaterialer 26Metanol 27Bensin og andre hydrokarboner 27Stasjonær lagring 28

2.5 Transport av hydrogen 28Rørtransport 28Frakt av flytende hydrogen 29Veitransport 29Oversjøisk transport 29Flytransport 29

3 Transportsektoren 303.1 Landtransport 32

3.1.1 Biler 32Ford 32General Motors 32DaimlerChrystler 33BMW 33Toyota 34

3.1.2 Busser 343.1.3 Motorsykler 353.1.4 Tog 35

3.2 Luftfart 353.3 Sjøfart 363.4 Romfart 373.5 Infrastruktur 37

4 Energisektoren 404.1 Fornybar energi og hydrogen4.2 Stasjonære brenselcelleanlegg 404.3 Enkeltstående stasjonære energisystemer (SAPS) 414.4 CO2-fjerning 424.5 Elektronikk 42

5 Sikkerhet 44KnallgassBygass 45Fusjon/ Hydrogenbomber 45Hindenburg-ulykken 45Challenger-ulykken 45

6 Referanse 46Vedlegg 1 50Fotoliste 51

BakgrunnI atmosfæren er det drivhusgasser, primært CO2, CH4,N2O og H2O. Disse tillater solstråling å slippe inn til jor-doverflaten, men sørger samtidig for at noe av varmen somstråler fra jordkloden, blir i atmosfæren. Det er dette somkalles drivhuseffekten. På samme måte som glasset i drivhuset hindrer varmen i å slippe ut, hindrer drivhus-gassene noe av varmestrålingen fra jordoverflata i å slippeut i verdensrommet. Uten disse gassene ville gjennom-snittstemperaturen på jorda vært cirka 35 grader lavereenn i dag (dvs. ca minus 20 grader).

Mengden av de ulike gassene i atmosfæren har variert gjen-nom jordas historie, grunnet vulkanutbrudd og andrenaturlige fenomener. Gjennom de siste to hundre årenehar menneskene påvirket sammensetningen av gasser iatmosfæren stadig mer. Årsakene til dette er flere: Vi for-rykker i stadig økende grad det naturlige CO2-kretsløpet. Iløpet av noen tiår utvinner, foredler og forbrenner vi fossiltmateriale som kloden har brukt millioner av år på å bindeopp, og med det frigjøres store mengder karbondioksid.Deler av den "fossile" CO2-gassen klarer naturen å ta segav ved å binde den opp i hav og planter (gjennom foto-syntese), men store deler havner i atmosfæren.

De fossile CO2-utslippene forrykker en naturlig fornybarbalanse, som gjennom menneskets påvirkning allerede er iubalanse fordi vi hogger og brenner skog og vegetasjon imye høyere tempo enn det nyplantes og vokser til. Medandre ord frigjøres det mer CO2 (gjennom brenning avtrevirke mv) enn det plantene gjennom fotosyntesen klarer å binde opp. I tillegg lar vi dødt biologisk materiale(som papir, matrester, tekstiler) ligge å råtne uten oksygentilstede, slik at det omdannes til klimagassen metan (CH4)istedenfor CO2. Metan har 21 ganger så høy drivhuseffektsom CO2.I tillegg har vi introdusert nye kemikalier (som KFK-gasser)som havner i atmosfæren og bidrar til forsterking av drivhuseffekten.

I 1988 etablerte World Meterological Organisation(WMO) og United Nations Environmental Program(UNEP) det vi kaller Klimapanelet eller IntergovernmentalPanel on Climate Change (IPCC) (se web-adresse:http://www.ipcc.ch). Hensikten med IPCC er å belyseproblemene tilknyttet drivhusgasser ved å vurdere detvitenskapelige grunnlaget og de samfunnsøkonomiske kon-sekvensene ved en eventuell klimaendring.

I 1996 ga IPCC ut Second Assessment Report (SAR).Datagrunnlaget for rapporten var basert på målinger meden statistisk usikkerhet som gjorde at rapportens kon-klusjoner måtte være reservert. Klimapanelet videre arbeidsom har resultert i en tredje oversiktrapport, utgitt i 2001,

Den andre oversiktsrapporten til IPCC ble utgitt i 1996 og heter Second Assessment Report(SAR). Den daværende kontroversielle konklusjonen var:

"… at det kunne være en sammenheng mellom menneskelig forårsaket klimagassutslipp (antro-pogenisk) og en mulig økning i atmosfærens gjennomsnittstemperatur."(IPCC, 1996).

Figur 2Avvik i grader celsius fra gjen-nomsnittstemperatur i perio-den 1961–1990, (WG1, 2001).De vertikale linjene viser årligvariasjon mens de tynne sortestolpene antyder statistiskspredning.

1.0

1850 1900 1950 2000

model

observation

Tem

pra

ture

an

om

alies

(°C

) 0.5

0.0

-0.5

-1.0

Year

har hatt til hensikt å forbedre det vitenskaplige fakta-grunnlaget rundt klimaproblematikken.

Konklusjonene til den tredje oversiktsrapporten ThirdAssessment Report (TAR) er oppsummert i notatet fraArbeidsgruppe-1 (WG1, 2001).Tidligere antakelser om enmenneskeskapt påvirkning av klimaet er bekreftet. I rapporten er feilkilder og usikkerhet undersøkt; land-baserte temperaturmålinger er nå korrigert for muligvarmeutvikling på grunn av urbanisering rundt målestasjon-er ; satellittdata har blitt gjennomprøvd og korrigert frahavoverflaten og opp gjennom de forskjellige sjiktene iatmosfæren; solaktivitet er tatt med i en større grad.Resultatet er at sammenhengen mellom målinger ogberegninger er blitt mye mer sikker.

Man kan nå forklare store deler av temperaturendringenesom har foregått siden moderne regelmessige temperatur-målinger startet i 1861. Resultatene viser at temperatur-økningen i det 20. århundre var i gjennomsnitt 0,6 °C (meden usikkerhet på 0,2 °C). Økningen er 0,15 °C høyere enantatt i Second Assessment Report. En del av temp-eraturøkningen i den første halvdel av århundret kanpåberopes naturlig årsaker som solaktivitet, vulkanutbruddog El Niño, mens aktiviteten i den andre halvdel bare kanforklares ved å ta med de klimagass-utslippene som skyldesmenneskelig aktivitet.Videre er det stor sannsynlighet for at1990-årene var det varmeste 10-året og 1998 detvarmeste året sett i et 1000-års perspektiv..I gjennomsnitt øker temperaturen på land med 0,15

grader per 10-år, mens havtemperaturen øker med halv-parten av dette.Temperaturen i den øvre delen av atmos-færen (over 8 km) viser derimot en økning på 0,05 graderper 10-år basert på satelitt målinger siden 1979.Temperaturforskjellene her er viktige fordi de trolig gjen-speiler mekanismer som driver jordens klimasystem.

Videre kan satellittbilder vise at det nå trolig er 10 prosentmindre snø og isdekke enn i 1960, og varigheten av is påinnsjøer på nordlige breddegrader er redusert med rundtto uker. Utfra tidevannsmålinger anslår man at havover-flaten har steget 0,1 til 0,2 m i det siste århundre. Dette kanforklares ved termisk ekspansjon og tilbaketrekning ogsmelting av isbreene på land.

Det er fremdeles mekanismer i jordens klimasystem somikke er helt forstått. Noe av usikkerheten er i forbindelsemed skydannelse, solaktivitet og påvirkning fra kosmiskstråling (Thjell og Lassen, 1999). Samtidig er analytikernesevne til å modellere tidligere temperaturvariasjoner (øver-ste figur) blitt bedre. Dette skyldes større forståelse av defysiske mekanismene, samt økt datakraft til å gjennomføreberegningene.

Konsentrasjonen av CO2 i atmosfæren er nå 363 parts permillion (ppm), noe som er 31 % høyere enn ved

"… no one reading the latest scientific reports published by the IPCC can ignore themounting evidence of a link between human activity and the world’s climate …"Sir John Browne, CEO, BP Amoco,World Energy,Vol.4, No.1, pp.21, 2001.

Figur 3Sammenligning mellomobserverte temperaturendringer og beregn-ingsmodeller for periodenfra 1861. Det er her tatthensyn til både naturlige drivmekanismer som solak-tivitet, vulkanutbrudd og ElNiño, samt menneskeskapteklimagassutslipp.

1.0

18801860 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Global

Dep

art

ure

s in

tem

pra

ture

(°C

)fr

om

th

e 1

960 t

o 1

990 a

vera

ge

0.5

0.0

-0.4

-0.8

Year

begynnelsen av den industrielle era rundt 1750. Problemeter at to tredeler av denne økningen har foregått i løpet avde siste 50 årene. Konsentrasjonen øker i dag med 1,5ppm/år, noe som er den raskeste på 20,000 år. Videre erdagens konsentrasjon den høyeste på 420,000 år ogsannsynligvis også de siste 20 millioner år.

Klimapanelet har i forbindelse med ferdigstilling av ThirdAssessment Report utarbeidet 40 alternative scenarierbasert på fire mulige utviklingsretninger i det kommendeårhundret. Disse scenariene innebærer forskjellige kombi-nasjoner av demografisk-, samfunnsøkonomisk-, teknolo-gisk- og samarbeidsutvikling. Dokumentet Special Reporton Emission Scenarios (SRES) er et omfattende arbeidesom sannsynligvis vil være utgangspunkt for mange avprognosene innen klimaproblematikken i framtiden.Scenariene som SRES dekker, spenner fra sterk økonomiskvekst med begrenset internasjonalt samarbeid og fåmiljøtiltak, til en grønn utvikling med mye globalt samarbeid[IPCC, 2001]. Det er ingen som mener at ett av disse sce-nariene er det riktige, men det de viser er generelle ten-denser som oftest peker i samme retning.Prognosene for karbonutslipp i gigatonn per år ved treforskjellig scenarier (A1F1, A1B og A1T) er vist i figuren.Det mest optimistiske scenariet, A1T, vil kreve et sterktglobalt samarbeid i årene fremover. I forhold til dagensutvikling, ligger vi nok et sted mellom scenariet A1F1 ogA1B, noe som kan innebære en tredobling av årlig utslippi løpet av de neste 60 år.

Det er med andre ord lite som tyder på at klimaproblemetvil forsvinne, eller at vi kan slippe å gjøre betydelige tiltak ivår del av verden ved å forhandle oss ut av situasjonen.I følge FNs klimapanel må klimagassutslippene reduseresmed minst 50 %, kanskje så mye som 60 – 80 %, om farligeklimaendringer skal unngås. Desto lenger tid før utslippenereduseres, jo større reduksjon kreves. For å tillate utviklings-landene en viss vekst, innebærer dette dramatiske kutt i deindustrialiserte landenes utslipp. For et rikt oljeek-sporterende land som Norge, kan det bety at utslippenemå kuttes med opp mot 90 %.Kyotoprotokollen pålegger i-landene å redusere utslippeneav klimagasser med 5 prosent innen år 2010 i forhold til1990-nivå. Kravene er differensierte, slik at ikke alle land måredusere like mye.I framtiden vil vi trolig se tilbake og forstå at hensikten med"Kyoto" var simpelthen å introdusere problemet på denglobale dagsorden. Ratifisering av protokollen, og de reduk-sjoner som dette vil medføre, er ikke tilstrekkelig til å løseutfordringene, men representerer det første globale poli-tiske skritt i riktig retning.Da verden gikk fra et overveiende kullbasert energisystemtil olje for 100 år siden var det fordi olje hadde mangefordeler framfor kull og dannet basis for et samfunn basertpå forbrenningsmotoren. I dag stilles det få spørsmål omnødvendigheten av å redusere CO2 utslippene til atmos-færen. Et fornybart energisystem basert på bruk av elek-trisitet og hydrogen som energibærere er en optimal løsning.

400

300

2001700 1800 1900 2000

CO2 concentration (ppm)

suggested ceiling:550ppm

Year

2100

700

600

500

400

300

200

100***

Global warningHistorical temprature variationsand CO2 concentrations*

Temperature variation, °C

CO2-concentration(ppmv)**

Pre-Industrial

Current (1994)

*Taken from the Vostok ice core, Antarctica)**UN IPPC forecast, assuming business as usual***Parts per million volume

**

Years before the present400.000 300.000 200.000 100.000 0

5+0-5

10

15

En sammenligning mellom vek-sten av de seks klimagassene iperioden 1979–1997 og satel-litt målinger over den reflek-terte varmestrålingen (dvs.tilbake ut i verdensrommet) blenylig publisert i tidsskriftetNature av Harries et al., (2001).Her presenteres godsamhørighet mellom teori ogmålinger, og resultatene regnessom en meget sterk viten-skapelig og målbar bekreftelsepå drivhuseffekten.

Figur 4Økning i CO2-konsentrasjonen iatmosfæren over 3 århundre.(Kilde: IPCC, 2001)

Figur 5Ulike scenarioer for CO2-utslipp.(Kilde: IPCC, 2001)

Figur 6Historisk variasjon av temperatur(gul linje) og CO2-konsentrasjon(rød linje).(Kilde: IPCC, 2001)

40

30

20

10

01990 2010 2030 2050 2070 2090

Global carbon dioxide emissions(GtC/yr)

A1F1

A1B

A1T

industrialiserte landene nå må kvitte seg med. U-land somi dag ikke har noen god elinfrastruktur kan, slik vi sereksempler på i enkelte asiatiske og afrikanske land, bygge uttrådløst telenett direkte, og dermed hoppe over kobber-kablene. På samme måte er det mulig å starte med pro-duksjon av elektrisk kraft og hydrogen basert på lokaleenergikilder (sol, vind, etc.), og på denne måten bygge oppet fornybart energi- og transportsystem direkte.

Petroholikernes dilemmaEt annet problem ved den skjeve fordelingen av olje-reservene er redusert energiforsyningsikkerhet. I EU kanavhengigheten av oljeimport komme opp i hele 90 % innen2020. Innen transportsektoren er oljeavhengigheten i dag99 %, og sektoren står for 67 % av etterspørselen etterolje. Det er derfor av hensyn til energiforsyningssikkerhetnødvendig å finne alternative energibærere.Naturgassreservene er på samme måte ujevnt fordelt. EUsgassreserver vil kun vare i 20 år hvis dagens forbrukopprettholdes. Å gå fra kull og olje til naturgass kan for EUvære å gå fra én avhengighet til en annen. Hydrogen er ilikhet med elektrisitet en nøytral energibærer som stillerbrukeren fritt til å velge kilde. Dette innebærer også at mankan stille miljøkrav til produsentene. Verdens tre størsteoljeimportører, USA, Japan og Tyskland, er samtidig de treledende landene innen hydrogenteknologi. Spesielt vil hen-delsene i USA 11. september 2001, kunne bli en pådriver iutviklingen mot alternativ energiforsyningssystemer.

Markedsstyrt teknologiutvikling.En står nå i startgropen for lansering av brenselcelle-teknologien på markedet. International Fuel Cells ogGeneral Electric selger i dag brenselcellesystemer forstrøm og varmeforsyning i hus. Det amerikanske selskapetColeman starter i løpet av 2002 salg av strømaggregat medbrenselceller, som, fordi det er forurensningsfritt, også kanbrukes innendørs. DCH Technologies har startet salg avsmå strømaggregat på Island, og vil senere selge disse iresten av Norden.

Ballard, en ledende utvikler av brenselceller, startet sinførste brenselcellefabrikk i 2001. Fabrikken vil blant annetprodusere bærbare kraftpakker og systemer til biler ogbusser. Andre tidlige bruksområder er mobiltelefoner,rullestoler, bærbare datamaskiner, elektriske skrutrekkere,videokameraer og annet bærbart utstyr. Brenselceller haråpenbare fortrinn fremfor batterier. Et moderne brensel-cellesystem er uavhengig av strømtilkobling, og sammen-lignet med et batteri med samme kapasitet, vil det somregel være lettere og vare lenger, i tillegg til at det kan fyllesraskere.

Busser, biler og motorsykler med hydrogen som drivstoff vilbli lansert av flere produsenter i 2003-2004, og vil raskt ta

Visjoner og utfordringerJules Verne var svært oppdatert på nye teknologier ogpatenter, og yndet å skildre bruken av disse.Verne kjente tilbrenselcelle-teknologien som var blitt patentert i 1839, dahan skrev Den hemmelighetsfulle øya, som sitatet neden-for er hentet fra. Brenselcellen ble av allmennheten sett påsom en kuriositet fram til den ble tatt i bruk innen romfartpå 1960-tallet. Først nå, mer enn 160 år etter at teknolo-gien ble oppfunnet, begynner man å ta i bruk teknologienpå jorda.

Brenselceller har potensial til å revolusjonere energi- ogtransportbransjen. Sammen med fornybar energi kan enutvikle et energi- og transportsystem med langt laveremiljøbelastning enn dagens system. Det er imidlertid sterkekrefter som arbeider imot en slik utvikling. I dette kapitteletpresenterer vi noen av de mulighetene som oppstår vedinnføring av hydrogen som energibærer for brenselceller itransportsektoren og for kraftgenereringsmarkedene.

På vei opp av oljesumpenOljeforekomstene i verden er svært ujevnt fordelt. Over70 % av oljereservene finnes i OPEC-landene. Mange fat-tige land bruker nesten alle sine eksportinntekter til åimportere olje. Likeledes bruker mange fattige menneskerstore deler av inntekten sin på fossile brensler som kull,koks og parafin til koking og belysning, noe som fører tilforurenset inneluft, og følgelig en rekke helseproblemer.

Oljen skal utvinnes, raffineres, transporteres og til slutt for-brennes. I hele denne kjeden blir miljøet belastet medforurensning. Hydrogen kan på sin side fremstilles påmange forskjellige måter og fra forskjellige typer råstoff; foreksempel fra biomasse eller fra vann ved hjelp av solener-gi. Flere av fremstillingsmåtene egner seg godt forsmåskalaproduksjon. Hydrogen kan derfor bidra til øktselvstendighet og en mer rettferdig ressursfordeling.Utviklingslandene har ofte store potensialer for utnyttelseav sol- og vindenergi. Samtidig er energifordelings-systemene - om ikke helt fraværende - dårlig utviklet sammenlignet med de industrialiserte landene.Teknologiersom utnytter solenergien lokalt vil derfor ha godemuligheter for å skape ønsket infrastruktur.Oljeavhengigheten vil dermed kunne bli redusert.Hydrogen vil her bidra til å gjøre den fornybare energienmer anvendelig.

De land som i dag starter direkte med fornybar energi oghydrogenteknologi, sparer mange unødvendige,forurensende og fordyrende mellomløsninger som de

"I believe that one day hydrogen and oxygen, which together form water, will be used eitheralone or together as an inexhaustible source of heat and light." Fra Den hemmelighetsfulle øya av Jules Verne, 1874

Kostnadene ved import avolje overstiger nesten inntektene fra all eksport fraøy-staten Vanuatu (tidligereNy Hebridene) i Stillehavet).Regjeringen på Vanuatu, hvordet bor i underkant av 200 000 innbyggere, har nyligbestemt at landet skal innførehydrogenøkonomi. Målet erfull stans i import av olje iløpet av 2010. For å oppnådette ønsker landet å inngåteknologisamarbeid medindustrialiserte land.Vanuatu ønsker å produserehydrogen fra fornybar energiog ta i bruk moderne biler,båter, busser og el-generator-er som benytter hydrogeneller elektrisitet som drivstoff.

1111

13

markedsandeler fra forbrenningsmotoren dersom forholdene legges til rette. Etterhvert som forurensendekjøretøy skiftes ut med hydrogenkjøretøy vil byene fåfriskere luft, og støyen fra forbrenningsmotorene vilforsvinne. Folk som bor i byene vil oppleve økt livskvalitetog bedre helse. Således vil hensynet til miljø og klima ogsågi økt livskvalitet og velferd lokalt.

En stor del av varetransporten foregår i dag med trailere.Selv om en innfører hydrogen som drivstoff vil denne tung-transporten være ressurskrevende og en stor belasting fornærmiljøet. Økt sjøtransport med skip som bruker hydro-gen, vil være gunstig. Én mulighet er også å bygge luftskipmed helium til oppdrift som er drevet av elektriske motor-er med strøm fra solcellepanel om dagen og fra hydrogen-brenselceller om natten. Hydrogen til framdrift om nattenfremstilles med energi fra solcellepanelets overskudd omdagen. Disse luftskipene kan opereres fjernstyrt og ube-mannet, og kan på en effektiv og sikker måte transporteregods. I Tyskland er det tre selskaper som skal eller harstartet produksjon av luftskip som bruker konvensjoneltdrivverk. Et av disse er Zeppelin, selskapet som bygget luft-skipet Hindenburg, som havarerte i New York. (Les merom hydrogen og luftskip i kapittel 5.)

Innen kraftforsyningsmarkedet vil trolig endringene bli endamer gjennomgripende. Utviklingen her har i de siste hundre årene vært preget av ønsket om å bygge størstmulig enheter for å dra nytte av storskalafordeler som girhøyere effektivitet og besparelser i forhold til bemanningog kapitalkostnader. Dette har medført utbygging av kraft-gater for transport av elektrisitet, og utslippene avmiljøgifter har blitt sentralisert. Utgiftene ved utbygging avstrømnett mellom storprodusentene og forbrukerne harblitt betalt av forbrukerne.I et fornybart energisystem basert på hydrogen vil det ikkevære noen forurensning fra kraftverkene, og ideen om åbygge store enheter vil være foreldet. Brenselceller har høyeffektivitet selv i små enheter, og er veldig skalérbare. Eninstallasjon kan dermed lett kan bygges ut til høyere ytelseved å øke antallet brenselceller.

En annen fordel med brenselceller er at effektiviteten ersvært høy også ved lav last. Dette er spesielt viktig innenkraftproduksjon.

Videre behøver ikke brenselcelle-enhetene permanenttilsyn. De kan enkelt overvåkes av datamaskiner og/ellerfjernstyres via Internett. De lydsvake brensel-cellekraftverkene kan uten problemer plasseres iboligstrøk. Varmen fra brensel-cellene kan utnyttes somvarmtvann til husholdning, oppvarming av boliger og iindustrielle prosesser, noe som gir en ytterligere økt utnyttelsesgrad.

Ved å plassere små kraftverk desentralisert og nær bruk-erne reduserer man også behovet for kapasitetsøkning avdet eksisterende elnettet. Dette gir store besparelserøkonomisk, og stopper også den storstilte raseringen avnatur som utbygging av kraftgater innebærer. Kort avstandmellom forbruker og produksjon vil også gi redusert nett-tap.Tap av elektrisitet i strømnettet er en betydelig kostnad,særlig i overbelastede nett og der transporten foregår overlange avstander.

Mange boliger og bedrifter vil installere brenselceller forkraft- og varmtvannsforsyning. Sammen med vindmøller,jordvarme og solcellepanel kan dette gi selvforsyning avvarme, elektrisitet og drivstoff til transport. Såkalte smartesoftware-agenter kan sørge for kjøp og salg av elektrisitetpå nettet til beste oppnåelige pris, og sørge for produksjonav hydrogen til drivstoff til bilene o.l.

En vil i dette scenarioet få mange små leverandører avenergi på markedet, i stedet for slik det er i dag med fåmen store leverandører

UtfordringerInfrastrukturManglende infrastruktur blir brukt som en av de størsteinnvendingene mot bruk av hydrogen. De første hydro-genbilene vil sannsynligvis bli solgt som flåtekjøretøy til firmaer som dekker et begrenset geografisk område. Fordisse vil det ikke by på noe problem at man ikke kan fyllehydrogen overalt. Eksempler på slike kjøretøy kan væredrosjer, busser, kommunale kjøretøy og budbiler. For inn-føring av hydrogen som drivstoff i større skala og for privatbilister er det derimot viktig at en infrastruktur er påplass. I kapittel 3 viser vi hvordan dette kan gjøres i Norge.BMW har utstyrt sine første hydrogenbiler med bådehydrogen og bensintank, der motoren automatisk skifter frahydrogen- til bensindrift dersom hydrogentanken går tom.Dette er mulig fordi disse bilene har vanlig for-brenningsmotor. BMW regner imidlertid med tilstrekkelig dekning av H2-stasjoner i Tyskland i løpet av en treårs periode.

KostnaderHøy pris på hydrogenutstyr og brenselceller har vært enbarriere. Et av de mest kostnadsdrivende elementer i pro-duksjon av brenselceller har vært platina som brukes somkatalysator. I dag trengs under ett gram platina/kW (130NOK/gram per 30. okt 2001). Målene til det amerikanskesamarbeidsorganet mellom det offentlige og bilfabrikan-tene, Partnership for a New Generation of Vehicles(PNGV), er 0,2 gram platina/kW innen 2004.

Hydrogen og brenselceller tilfredsstiller alle krav til miljøvennlige kjøretøy med hht. eksosutslipp.

I tillegg arbeider PNGV for å nå en rekke andre kostnads-reduksjonsmål på nødvendige komponenter i et brensel-cellesystem. Ford og Toyota, selskaper som har lang erfaringmed å introdusere ny teknologi og å redusere kostnaderved masseproduksjon, satser i dag seriøst på denneteknologien. Ford har i en studie vist at prisen på brensel-celler kan komme ned på nivå med forbrenningsmotoren(180-500 NOK/kW) [Ford 1999]. En av de store utfor-dringene i dag er nettopp å få brenselceller og annenhydrogenteknologi ut av prototypestadiet og over i masse-produksjon.

LagringHydrogen inneholder svært mye energi per vektenhet,men energiinnholdet per volumenhet er svært lavt. Detteskaper en utfordring i forhold til lagring av store masserhydrogen i små rom. Hydrogenlagring er gjenstand for myeforskning og utvikling. De tradisjonelle lagringsmåtene somtrykktanker og kjøletanker har blitt kraftig forbedret, og endel nye lagringsteknologier er under utvikling. For enkeltebruksområder er imidlertid dagens teknologi god nok.Ulike lagringsteknologier blir gjennomgått i kap 2.

Standarder og lovverkÅ innføre internasjonale standarder for alle land på et tidligtidspunkt er viktig for å unngå økte kostnader forbundetmed redesign grunnet divergerende standarder og sikker-hetskrav. Dette vil også forenkle internasjonal handel avhydrogenteknologi.International Organization for Standardization (ISO) harnedsatt en teknisk komite, "ISO/TC 197 -Hydrogenteknologi".I mars 1999 ble den første hydrogenstandarden publisert:- "ISO 13984 Flytende Hydrogen - Grensesnitt for fylle-system for kjøretøy".

I tillegg er syv andre standarder under utvikling:- "Flytende Hydrogen - Kjøretøytanker"- "Kontainertanker for transport"- "Hydrogendrivstoffstasjoner på flyplasser"- "Hydrogengass og hydrogengassblandinger -

servicestasjoner"- "Hydrogengass og hydrogengassblandinger - tanker"- "Elementære betraktninger angående sikkerhet i

hydrogensystem"- "Hydrogengasskjøretøy - påfyllingskoblinger" [Bose,Gingras 2000].

Et annet samordningsprosjekt er European IntegratedHydrogen Project (EIHP) som skal utvikle reguleringer forhydrogenkjøretøy for å samkjøre utviklingen i Europa. EIHPer et samarbeid mellom bilfabrikanter og myndigheter iEuropa.

Sikkerhet og kunnskapsmangelDet er i dag ikke noen tekniske eller sikkerhetsmessige barrierer som hindrer bruk av hydrogen som drivstoff itransportsektoren, eller som medium for lagring og transport av energi. Hydrogen kan lagres og utnyttes likesikkert som dagens bensinsystemer.

Undersøkelser gjort blant annet i Tyskland, Norge ogCanada om folks forhold til hydrogen, viser at de aller flesteforbinder hydrogen med miljøvern.Undersøkelser som har vært gjort i forbindelse medutprøving av hydrogenbusser viser at et overveldende fler-tall er positive til hydrogen som drivstoff. Foreløpig har folkflest liten eller ingen kunnskap om hydrogen eller brensel-celleteknologi, og et omfattende opplysningsarbeid måutføres.

I forbindelse med utprøvingen av hydrogenbussen Nebus iOslo kom det fram i en spørreundersøkelse at flestepartenav de som hadde kunnskap om hydrogen oppga skolensom den primære kilden til sitt kjennskap til hydrogen.Skoleverket bør derfor være et prioritert satsningsfelt foropplysningsvirksomhet. Ungdom er den gruppen som erminst redd for å prøve ut nye ting. Dette viser med all tyde-lighet utbredelsen av ny teknologi som mobiltelefoner ogInternett.

Det er også viktig å utdanne personer innen hydrogen- ogbrenselcelleteknologi. I dag er mangelen på kvalifisert per-sonell en begrensende faktor for utviklingen.Brenselcellebilene vil ha elektrisk motor slik at den kompetansen som er opparbeidet hos bilverksteder somhar spesialisert seg på elektriske biler for en stor del kanoverføres.Verksted og garasjeanlegg må være ventilerte oggodkjente for hydrogen. Manglende erfaring med håndter-ing av drivstoffet ved drivstoffstasjonene burde heller ikke

Fra 1896 til 1928 ble det gjortåtte forsøk på å fly fra Svalbardtil Nordpolen i ballonger ogluftskip.Amundsen og Nobilenådde Nordpolen i 1926 medluftskipet Italia.Virgohamna(bildet) på Svalbard var basefor Andrée’sforsøk på å nå nordpolen iHydrogenballongen Ørnen i1896 -1897 og Wellmans treforsøk 1906-9 på å nå nord-polen med luftskipet Amerika.Begge bygde apparater forkjemisk hydrogenproduksjonpå Virgohamna og fremstiltehydrogen med svovelsyre ogjern.

15

være noen barriere. Tanking av hydrogengass foregår påsamme måte som ved tanking av naturgass, og slike stasjon-er er nå i drift mange steder.

Metanol og NaturgassFra enkelte hold har metanol og naturgass blitt framstiltsom brobyggere inn i hydrogenalderen. Både metanol ognaturgass er imidlertid karbonholdige drivstoff, og ved bruki for eksempel brenselceller dannes det fremdeles CO2

som vanskelig lar seg samle opp . En utbygging av metanol-eller naturgassinfrastruktur for transportsektoren kan der-for ikke forsvares utfra ønsket om en reduksjon i klima-gasser. Dessuten kan metanol og naturgass skape enalvorlig barriere mot innføringen av hydrogen som drivstoff.En metanoldreven brenselcellebil vil i beste fall kunneredusere CO2 -utslippene med 30-40 % i forhold til enkonvensjonell bensinbil. Hybridbiler som allerede finnes påmarkedet og forbrenningsmotorer med variabel

kompresjon, skal kunne gi en tilsvarende reduksjon av CO2

som metanolbrenselcellebiler.[Automotive World, mars 2000].

Metanolinfrastruktur kan for et oljeselskap med tunnelsynog metanolproduksjon, ses på som en måte å beholdeeksisterende dominans i drivstoffmarkedet eller som enekspansjon til nye markeder, men miljøvern er det ikke.En naturgassbuss vil være enda verre. Sammenlignet meden ordinær dieselbuss gir en naturgassbuss større klima-gassutslipp. Dette har sammenheng med at noe ikke-forbrent metan slippes ut av eksosrøret. Riktignok vil natur-gassbusser ha noen positive virkninger i forhold til utslippav partikler til lokalmiljøet, men i global sammenheng gir deingen forbedring.

Se kapittel 3, for mer om metanol og andre hydro-karboner.

22 langt enklere å samle opp CO2 fra få, sentrale punktutslippenn fra mange små. Dersom en deponerer CO2 fra storenaturgassreformere som forsyner en million biler medhydrogen, får en i praksis én million utslippsfrie biler. Dettekan være en økonomisk måte å introdusere hydrogen somenergibærer på i stor skala.

Mange fornybare energikilder har store døgn- og års-variasjoner. Et energisystem som er basert på slike kilderhar behov for å lagre energi for å utligne disse forskjellene.Tilsvarende skaper den ofte store avstanden mellomenergikildene og forbrukerne behov for å transportereenergi. For begge disse formålene kan det være aktuelt åkonvertere energien til hydrogen.

Et fornybart energisystem må også omfatte et fornybarttransportsystem. Ettersom transportsektoren i dag står foromlag en tredel av energiforbruket i industrialiserte land, erdet opplagt at fornybart hydrogen vil bli et viktig drivstoff iframtiden. Hydrogen fra biomasse har potensial til å kunnekonkurrere med hydrogen framstilt fra naturgass enkeltesteder [PYNE 8/1999]. Videre viser to uavhengige under-søkelser (Ford 1998 og NHE 1997) at hydrogen framstiltpå en drivstoffstasjon ved hjelp av vannelektrolyse basertpå strøm fra norsk vannkraft, vil bli billigere enn avgifts-belagt bensin.Det finnes mange måter å framstille hydrogen på. I detetterfølgende beskrives noen av de mest vanligeteknikkene for å framstille hydrogen fra hydrokarboner.Videre omtales noen nye produksjonsteknikker som kankomme til å få betydning, samt noen interessante metoderfor å fremstille hydrogen med fornybar energi. Noen avdisse er kommersielle teknikker med lange tradisjoner,mens andre, som f.eks fotobiologisk hydrogenproduksjon,er teknologier under utvikling.

2.2.1 Produksjon av hydrogen basert på fossileråstofferDe fleste teknikkene beskrevet nedenfor går sterkt for-enklet ut på å varme opp hydrokarboner, vanndamp ogeventuelt luft eller oksygen, som så blir blandet i en reak-tor. I reaksjonen som oppstår spaltes både vannmolekyletog råstoffet, og en får dannet H2, CO og CO2.Hydrogengassen kommer med andre ord både fra vanndampen og hydrokarbonforbindelsen. En annenmetode er å varme opp hydrokarboner uten luft til despaltes i hydrogen og karbon

Forgassing av kullGassifisering av kull er den eldste måten å fremstille hydro-gen på. I de gamle gassverkene ble den såkalte bygassenfremstilt på denne måten. Bygassen inneholdt opptil 60 %hydrogen, men også store mengder CO.Typisk varmes kul-let opp til 900 °C hvor det går over i gassform for så å

Hydrogenteknologier2.1 HydrogenHydrogenatomet består av én atomkjerne med positiv lad-ning og ett elektron. Hydrogenmolekylet består av tohydrogenatomer og er det enkleste av alle molekyler. Iromtemperatur og ved normalt trykk er hydrogen enfargeløs, luktfri og ikke-giftig gass som er lettere enn luft oghelium. Hydrogen brenner med en blek blå, nesten usynligflamme.Ved temperaturer under -253 °C er hydrogen fly-tende. [Brady 2000] [Kofstad 1995].Hydrogen betyr "vanndanner", og ble identifisert somgrunnstoff av H. Cavendish (1731-1810). Hydrogen er detmest utbredte grunnstoffet i universet, og er hoved-bestanddelen i solen og de lysende stjernene. På jorden erpraktisk talt alt hydrogen i bundet form. Stoffet reagererlett med oksygen, som sammen danner vann.Vannmolekylet består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom.Verdenshavene utgjør derfor et stort lager avhydrogen. Hydrogen er også en viktig bestandel i alt organ-isk materiale. Dette gjelder vegetabilsk, animalsk og fossiltmateriale. I naturen kan H2 forekomme fritt i vulkanskegasser, men molekylets lave vekt gjør at det raskt unn-slipper jordens gravitasjonsfelt.

2.2 ProduksjonHydrogen har blitt produsert og brukt industrielt i merenn hundre år. Av verdens hydrogenproduksjon på omlag45 mill. tonn, kommer over 90 % fra fossilt råstoff.De største produsentene av hydrogen er kunstgjødsel- ogpetroleumsindustrien.

Salget av hydrogen har økt med 6 % årlig i de siste femårene. Dette har nær sammenheng med økt forbruk avhydrogen i raffinerier, som har kommet som en følge avstrengere krav til drivstoffkvalitet. Denne utviklingen for-ventes å øke.

Hydrogen brukes ellers i mange andre industriprosesser ogi laboratorier. Komprimert hydrogengass er en handelsvare som kan kjøpes hos de fleste gassutsalg.

Hydrogen kan fremstilles fra en rekke forskjellige hydrokar-bonforbindelser ved hjelp av forskjellige teknikker.Dersom man fremstiller hydrogenet fra kull, olje ellernaturgass vil reststoffene være miljøbelastende hvis de ikkeblir håndtert på en miljøforsvarlig måte.

Ved å fjerne de miljøødeleggende stoffene fra drivstoffetved sentraliserte anlegg, spares lokalmiljøet. I tillegg er det

Hydrogen framstilt på en drivstoffstasjon ved elektrolyse av vann blir billigere enn avgiftsbelagtbensin.

Figur 7De største brukerne avhydrogen i dag.

Raffinering37%

Metanol8%

Annet4%

Amoniakk50%

Romfart1%

22

17

blandes med vanndamp. Deretter passerer blandingen overen katalysator – vanligvis nikkel.Det finnes også andre mer komplekse metoder å gassifis-ere kull på. Felles for disse prosessene er at de omdannerkull med damp og oksygen ved høye temperaturer, til H2,CO og CO2. I tillegg frigjøres svovel fra råstoffet og dan-ner svovel- og nitrogenforbindelser. I likhet med CO ogCO2 må disse forbindelsene håndteres miljøforsvarlig[Winter et al 1988].Det finnes i dag store kullgassifiseringsverk i Europa, Sør-Afrika og USA, og teknologier for gassifisering av kull ergjenstand for mye FoU fra kullindustrien.

Dampreformering av naturgassDampreformering av naturgass er i dag den billigste måtenå produsere hydrogen på, og står for omlag halvparten avverdens hydrogenproduksjon.Vanndamp med en temper-atur på 700 - 1 100 oC tilføres metangassen i en reaktormed katalysator, ved 3-25 bar trykk.

I tillegg til naturgassen som inngår i reaksjonsprosessen til-føres ca. 1/3 ekstra naturgass som energi for å drive reak-sjonene. Det utvikles stadig nye metoder for å øke effek-tiviteten, og ved bedre håndtering av varmen er det muligå øke utnyttelsesgraden til over 85 % med økonomiskgevinst, [Gaudernack 1998].

En stor dampreformer som produserer 100 000 tonnhydrogen i året, kan grovt sett forsyne én million brensel-cellebiler med en gjennomsnittlig årlig kjørelengde på 16 000 km.Ved dampreformering av naturgass produseresdet 7,05 kg CO2 for hvert kg hydrogen [PrincetonUniversity 1997].

Det finnes to hovedtyper dampreformere for småskalahydrogenproduksjon: konvensjonelle, nedskalértereformere og spesialkonstruerte reformere for brensel-celler. De sistnevnte opererer ved lavere trykk og temper-atur enn konvensjonelle reformere, og er mer kompakte.

Det arbeides med å lage en modifisert dampreformer meden innebygget CO2-fjerner som skiller ut CO2 fra produkt-strømmen. Det vil kunne føre til at hydrogenet kan pro-duseres ved lavere temperatur enn ved vanlige dampre-formere. Slike reformere skal kunne redusere kostnadenved hydrogenproduksjon med 25-30 % i forhold til kon-vensjonell teknologi, hovedsakelig på grunn av redusertekapital- og driftskostnader [US DOE, Hydrogen Program2000].

Autotermisk reformering av olje og naturgassDet å brenne hydrokarboner med redusert tilgang påoksygen kalles partiell oksidasjon. Autotermisk reformeringer en blanding av partiell oksidasjon og dampreformering.

Navnet henspeiler på varmeutvekslingen mellom denendotermiske dampreformeringsprosessen og deneksotermiske, partielle oksidasjonen. Hydrokarbonene reagerer med en blanding av oksygen og vanndamp i en"termoreaktor" med katalysator.

Norsk Hydros "Hydrokraft"-konsept, som baserer seg pådenne prosessen, benytter luft istedenfor rent oksygen ireformeringen, både av hensyn til økonomi og fordi nitro-genet i produktgassen gir lavere forbrenningstemperaturog redusert flammehastighet. Dermed kan gassen benyttestil elkraftproduksjon i gassturbiner utviklet for gasskraftverk.

Tunge hydrokarboners lave flyktighet og ofte høyesvovelinnhold forhindrer bruk av dampreformerings-prosessen. I stedet behandles de ved partiell oksidasjon,eller autotermisk i en flammereaksjon med tilførsel av vanndamp og oksygen ved 1 300-1 500 °C (eks. Texaco-prosessen). Forholdet mellom mengden av oksygen ogvanndamp blir kontrollert slik at gassifiseringen kan skjeuten tilførsel av ekstern energi.

CO-skiftDe ovenfor beskrevne prosessene gir gass med et høytutbytte av karbonmonoksid - CO. Det er derfor nødvendigå la gassene gjennomgå CO-skiftprosessen for å få øketutbyttet av hydrogen.Skiftreaksjonen (se tekstblokk) foregår i to trinn for åoppnå en mest mulig fullstendig reaksjon mellom CO ogvanndamp. Først blir vanndamp tilført i et høytemperatur-trinn (300-500 o C), og deretter et lavtemperaturtrinn (200° C), med forskjellig katalysator i de to trinnene.

Separering av CO2Alle prosessene beskrevet ovenfor produserer CO2 i til-legg til H2. For å separere hydrogen og CO2 er det vanligå bruke aminbaserte absorpsjonsprosesser. Dette er kon-vensjonell teknologi Metoder basert på selektive mem-braner eller sorbenser er under utvikling.

Deponering For å unngå at fossilt CO2 slipper ut til atmosfæren må detdeponeres permanent. Aktuelle deponeringssteder ertomme olje- og gassreservoarer eller underjordiske, vann-førende reservoarer; såkalte akviferer. En studie utført forEU-kommisjonen i 1996 viser at deponeringskapasiteten iEuropa er på 806 milliarder tonn CO2. Brorparten avdenne kapasiteten befinner seg på norsk sokkel, hvor mankan deponere 476 milliarder tonn i akviferer og 10,3 milliarder tonn i tomme olje- og gassreservoarer. Man kanaltså deponere utslippene fra alle kraftverk i Vest-Europa i

Naturgass består hovedsakeligav metan, samt en del tyngrehydrokarboner og CO2.Ved åtilføre metanet vanndampmed høy temperatur, får mandannet karbonoksider oghydrogen.

Dampreformering er den vanligste måten å fremstillehydrogen på i dag.

Reaksjonsligningen er:CH4+H20-> CO+3H2

Og for den etterfølgende"skiftreaksjonen":CO+H2O-> CO2+H2

Som i sum gir:1 mol metan =-> 4 mol hydrogen

Andelen av hydrogen fra vanner 50 %.

For å unngå at fossilt CO2 slippes ut i atmosfæren trengs et permanent deponi.

mange hundre år [Holloway et al. 1996]. Dette forutsetterselvsagt at man er sikker på at CO2 gassen ikke lekker uttil atmosfæren. På Sleipner-feltet har Statoil siden 1996deponert en million tonn årlig i en akvifer (Utsira-formasjonen). Dette er CO2 som er fjernet fra naturgassfor å møte salgsspesifikasjonene for naturgass på kontinen-tet. En kan også bruke CO2 i stedet for naturgass somtrykkstøtte ved oljeproduksjon. Dette har blitt gjort i storskala på amerikanske felt.Det har også blitt vurdert å deponere CO2 i dyphavet,men det hersker stor usikkerhet rundt dette med hensyntil oppholdstid og miljøkonsekvenser. Derfor annses dettesom uaktuellt.

Termisk dissosiasjonVed å varme opp hydrokarbonforbindelser uten oksygen tilsvært høye temperaturer kan man spalte stoffet i hydrogenog karbon. Godkjenning av denne prosessruten i forhold tilklimagassfri hydrogenproduksjon, forutsetter permanentdeponering av karbonet. Formelen for prosessen ved brukav metan som føde er:

CH4 –> C + 2H21 mol metan –> 2 mol hydrogen.

Carbon Black & Hydrogen Process (CB&H)Carbon Black er et svært rent kullstoff som brukes blantannet i bildekkproduksjon og som reduksjonsmiddel i metallurgisk industri. Det kan derfor ikke regnes som enpermanent deponering av CO2, da karbonet oksideres ogdermed frigjøres.Kværner utviklet en prosess de kalte "Kværner CarbonBlack & Hydrogen Process" (KCB&H). Første kommersielle

fabrikk basert på denne prosessen startet produksjonen ijuni 1999. Kværner-prosessen er uten utslipp, mens dentradisjonelle fremstillingsmåten for Carbon Black er sværtforurensende. Biproduktet fra denne prosessen er hydrogen.

I en høytemperaturreaktor blir den nødvendige varmen forspalting av hydrokarbonforbindelsene forsynt av en plasmabrenner som bruker resirkulert hydrogen fra pros-essen som plasmagass. Et varmevekslersystem forvarmerprosesstrømmene. Strømforbruket i Kværners CB&H erteoretisk 1 kWh/m3 H2, men i praksis kreves over dobbeltså mye pga. den høye reaksjonstemperaturen.Overskuddsenergien kan til en viss grad gjenvinnes i formav damp. Som råvare kan prosessen bruke hydrokarbon-forbindelser som spenner fra lette gasser til tungolje-fraksjoner [Hildrum 1998].

PlasmatronVed Massachusetts Institute of Technology (MIT) utviklerman en reformer som anvender plasma for å reformerehydrokarboner. Fordelen ved en plasmareformer er at denkan bruke alle slags hydrokarboner, inklusive tunge oljefrak-sjoner. I tillegg kan plasmareformeren operere i pyrolytiskmodus (termisk spalting av organisk materiale uten lufteller oksygen som KCB&H beskrevet over) slik at karbonetblir omdannet til sot. Dette eliminerer CO2-produksjon.Plasmateknologien tillater et mer kompakt og letteredesign enn tradisjonelle reformere fordi reaksjonen skjermye raskere.

MIT studerer bruk av plasmareformeren i både pyrolytisk,partiell oksidasjons- og dampreformeringsmodus. MITs"Plasmatron" opererer ved temperaturer over 2 000 °C.Utbyttet av hydrogen er på omlag 80-90 %.Hovedulempen ved plasmareformering generelt eravhengigheten av elektrisk kraft.Ved hjelp av varmegjenvin-ning og bedre reaktordesign regner MIT med å få nedbehovet for elektrisk kraft til 5 % av brenselets brennverdi.I dag er behovet på omlag 20 % [L. Bromberg et al.1997/1998].

2.2.2 Hydrogenproduksjon med fornybar energiHydrogen finnes som nevnt tidligere i store mengder påjorda bundet opp i organisk materiale og i vann. Over 70 % av jorda er dekket med vann. Andelen av hydrogen ivann i forhold til vekt er 11,2 %. Det er følgelig nok å ta av.Fordelen med å bruke hydrogen som brensel er at det vedforbrenning slår seg sammen med oksygen i lufta, og danner vann. Hydrogen er dermed fornybart, og slik settkan en si at en bare låner hydrogenet.

Spalting av vann til hydrogen og oksygen er en prosess somkrever energi. Varme, elektrisitet, lysenergi eller kjemisk

Lag ditt eget drivstoff hjemme.Her blir en Ford Fokus tanketmed hydrogen fra en litengarasje-elektrolysør (grå boks iforgrunnen).

19

energi kan benyttes i denne prosessen. Dersom en brukerfornybar energi blir også det framstilte hydrogenet en renog fornybar energibærer.

I neste avsnitt vil vi beskrive noen av de prosessene somkan brukes til dette formålet. Biomasse kan også brukessom råstoff i de prosessene som er beskrevet for fossiltbrensel, og noen av disse vil også bli omtalt.

Elektrolyse av vannVannelektrolyse er spalting av vann til hydrogen og oksygen. En elektrolysør er et apparat for elektrolyse. En til-fører vannet elektrisk energi og får hydrogen og oksygen.

H2O+energi –> H2 + 1/2 O2

Dette er den motsatte reaksjonen av den som skjer i enbrenselcelle (se kap. 2.3.1).Det er vanlig å klassifisere elektrolysører etter elektrolyttende bruker.Akkurat som med brenselceller kobler man flereceller sammen for å oppnå ønsket kapasitet.Vi går i det føl-gende gjennom noen vanlige elektrolysører.

Alkaliske elektrolysørerI alkaliske elektrolysører bruker man en flytende elektrolytt- typisk en 25 % kaliumhydroksidløsning.Hydrogenframstilling med bruk av alkaliske elektrolysørerhar lange tradisjoner i Norge.Ved Norsk Hydro ble hydro-gen til amoniakkproduksjon industrielt framstilt ved vannelektrolyse fra 1928 til 1988.Norsk Hydro Electrolysers (NHE) er i dag en ledende pro-dusent av alkaliske elektrolysører. Enkelte av NHEs elektrolysører har en effektivitet på over 80 % (høy bren-nverdi). Effektiviteten er en viktig faktor ved elektrolyseettersom forbruket av energi ( ~4,5 kWh/NM3H2) utgjøren vesentlig del av kostnadene ved et elektrolyseanlegg.(Hvor stor del vil avhenge av strømprisen. NHE regner ca.2/3 av driftskostnadene, som en tommelfingerregel.)Elektrolysører er mest effektive ved lav hydrogenpro-duksjon pga. lav strømtetthet. Optimal driftsøkonomi vilavhenge både av strømtetthet, billige konstruksjonsmateri-aler og kravene til H2-produksjonen

NHE har sammen med Gesellschaft fürHochleistungwasserelektrolyseure (GHW) utviklet etkompakt elektrolysesystem som kan produsere hydrogentilsvarende energileveransen fra en vanlig bensinstasjon.Disse elektrolysørene opererer under trykk, og produktetblir hydrogen under moderat trykk (30 bar).

Polymer elektrolytt (PEM) elektrolysørerEn annen type elektrolysører benytter polymermembranersom elektrolytt (PEM). Mye av den intenseteknologiutviklingen som for tiden foregår innenfor PEM-

brenselceller kan overføres til elektrolysørene, og de viltrolig dra nytte av masseproduksjonen av PEM-brensel-celler.

Flere PEM-elektrolysører er allerede i salg selv om dette eren ny teknologi sammenlignet med alkaliske elektrolysører.Virkningsgrader for PEM-elektrolysører på opp mot 94 %har vært antydet som mulig i framtiden, men foreliggerforeløpig kun som teori. I dag er virkningsgraden på PEM-elektrolysører lavere enn for de beste alkaliske elektrolysører. PEM-elektrolysører fungerer meget brasammen med fornybare energisystemer der strøm-mengden varierer sterkt. Generelt kan en si at PEM-elek-trolysører er best egnet for små anlegg, særlig anlegg medvarierende strømmengde, mens alkaliske elektrolysører erklart fordelaktige i større systemer som er koblet til elnettet.

DampelektrolysørerEn tredje type elektrolysører er såkalte dampelektrolysør-er. Disse bruker en keramisk ionledende elektrolytt.Dampelektrolysører kan oppnå en svært høy virknings-grad, men dette er foreløpig ikke kommersiell teknologi[NYTEK 2000]. En tubulær dampelektrolysør som også skalkunne kjøres som brenselcellestakk (brenselceller koblet iserie) er under utvikling ved Lawerence LivermoreNational Laboratory. En annen type dampelektrolysør ertyske "Hot Ellly", dette systemet kan oppnå en effektivitetpå 92 % [NREL 2000].

Fotoelektrolyse Istedenfor først å konvertere sollys til elektrisitet ogderetter bruke en elektrolysør til å produsere hydrogen fravann, er det mulig å kombinere disse to funksjonene. Denfotovoltaiske cellen kombineres med en katalysator somfungerer som elektrolysør og spalter hydrogen og oksygendirekte fra overflaten av cellen. Dette kan bli en fullt utkommersiell måte å produsere hydrogen på. Fordelen medslike systemer er at de eliminerer kostnaden til elektrolysørog øker systemeffektiviteten. Utendørstester med silikon-baserte celler har gitt en effektivitet på 7,8 % under naturligsollys. Det arbeides med å øke virkningsgrad og holdbarhetfor slike celler [DOE 2000] [Turner 1999].

Termisk spalting av vannI et termisk solkraftverk med sentralmottaker, slik somSolar Two, et 10 MW elanlegg i California, kan tempera-turen komme opp i over 3 000 °C. Ved å varme vann tilover 2 000 °C spaltes det til hydrogen og oksygen. Detteses på som en interessant og rimelig metode for framstill-ing av hydrogen direkte fra solenergi. Det foregår også noeforskning på bruk av katalysatorer for å redusere tempera-turen for dissosiasjon. Et hovedproblem er separasjon avgassene ved høy temperatur for å unngå rekombinering.Systemvirkningsgraden her er uviss.

Øvre/nedre brennverdi ogeffektivitetBrennverdien, altså hvor myevarme-energi man kan få ut avet brensel ved å brenne det,oppgis gjerne med en høy oglav verdi. Dette er fordi manmed høy verdi har tatt hensyntil at dampen som oppstår kankondenseres til vann, og maninkluderer da energien idampen. I lav brennverdi erdenne ikke inkludert. Når manregner ut effektiviteten i enbrenselcelle bruker man vanligvis lav brennverdi, altså:elektrisk energi produsert /lav brennverdi X 100.Ved elektrolyse oppgir man vanligvis høy brennverdi.

To atmosfæriske elektrolys-ører, hver på 200 Nm3/h(foto:Norsk Hydro)

Forgassing av biomasseHydrogen kan også produseres ved termisk forgassing avbiomasse som skogsavfall, halm, kommunalt avfall ogkloakkslam. Innholdet av hydrogen i biomasse er omlag 6-6,5 vektprosent sammenlignet med nesten 25 vektprosentfor naturgass [PYNE 8/1999]. Prosessene for å produserehydrogen fra biomasse ligner prosessene ved produksjonfra fossilt brensel. Under høy temperatur brytes biomassenned til gass. Gassen består hovedsakelig av H2, CO og CH4(metan). Damp blir deretter tilført for å reformere CH4 tilH2 og CO. CO blir deretter kjørt gjennom skiftprosessenfor å få et høyere hydrogenutbytte. Restproduktet fradenne prosessen blir CO2, men CO2 fra biomasse regnessom "nøytral" i forhold til drivhusgassutslipp, da den ikkeøker CO2-konsentrasjonen i atmosfæren. Gassblandingenkan også brukes i brenselceller til elproduksjon.

Sammenlignet med konvensjonelle prosesser for produk-sjon av elektrisk energi fra biomasse eller avfall, er integrerte forgassings-brenselcelleanlegg å foretrekke.Elvirkningsgrader over 30 % er mulig for disse systemene.Dette kan ikke oppnås med tradisjonell teknologi [NYTEK2000].Det er utviklet gassifiseringsreaktorer for å produseremetanol fra biomasse. Flere av disse kan benyttes til hydro-genproduksjon. Særlig regnes de som bruker luft istedenforoksygen som økonomisk interessante [Ogden & Nitsch1993]. En annen prosess som er under utvikling ved NRELi USA er å la biomassen gjennomgå pyrolyse slik at den bliromdannet til bioolje. Denne oljen kan bli omdannet tilhydrogen og CO2 ved reformering. Biooljen inneholder ilikhet med fossil olje forskjellige komponenter. Disse kansepareres til en rekke verdifulle produkter, inkludert hydro-gen. En annen fordel med bioolje er at den vil reduseretransportbehovet. Små pyrolyseenheter som lager biooljekan settes opp nær biomassen, og biooljen fra disse

enhetene kan deretter transporteres til for eksempel enhydrogenstasjon med en oljetankbil. Biooljen kan lagres påstasjonen og reformeres til hydrogen etter behov. Sammenmed salg av biprodukter kan dette gjøre hydrogen fra bio-masse konkurransedyktig med hydrogen framstilt fra natur-gass ved store anlegg. På steder uten naturgassinfrastrukturvil biohydrogen kunne bli billigere enn naturgassframstilthydrogen.

Biologisk produksjonFotosyntesen er grunnlaget for nesten alt liv på jorda. Detførste trinnet i fotosyntesen omfatter spalting av vann meddannelse av oksygen og hydrogen. Deretter blir hydrogenetomsatt sammen med karbondioksid til karbohydrat.Vannspalting med solenergi er altså ikke en ny teknologi,men en eldgammel prosess som dannet grunnlaget forutviklingen av jordas atmosfære, og dermed grunnlaget fornesten alt liv på jorda. Det er også den mest vanlige biokjemiske prosessen på jorda. Vanlig lys kan ikke spaltevann direkte, men ved hjelp av spesielle pigmenter i organ-ismer med fotosyntese, kan energien i lyset utnyttes. Somnevnt blir hydrogen som er dannet i fotosyntesen vanligvisspontant omsatt til karbohydrat. Det er imidlertid noenmikroorganismer som klarer å danne frigjort hydrogen.Dette ble oppdaget i 1896 da en kultur med blågrønnalgenAnabaena ble oppbevart i en tett flaske og utsatt for sollys.

I teorien kan alger produsere hydrogen med en effektivitetpå opptil 25 %. Problemet er at i denne prosessen blir detogså produsert oksygen. Oksygenet hemmer det hydrogenproduserende enzymet hydrogenase så det bareblir produsert små mengder hydrogen.

Et forskningsteam ved Berkeley-universitetet i California,har ved å sulte grønnalgen Chlamydomonas reinhardtii påsulfater, vist at algene ikke klarer å opprettholde et proteinkompleks som er nødvendig for å produsere oksy-gen ved hjelp av fotosyntesen. Algene går da over til enalternativ prosess der det blir frigjort hydrogen. Etter 4dager som hydrogenprodusenter lar forskerne algenegjenoppta sin normale fotosyntese for å bygge seg oppigjen. Selv om dette kan gjentas mange ganger med desamme algene, vil det i et produksjonsopplegg være ønske-lig med en viss utskiftning av algekulturen for å ha en friskog optimal algekultur i produksjon. Algene har et sværthøyt innhold av protein og kan blant annet utnyttes somdyrefôr etter de har vært brukt i hydrogenproduksjon.

Forskningsteamet oppnådde en gjennomsnittlig effektivitetpå rundt 10 %, noe som er en markant økning fra tidligereforsøk [Science 2000]. Det fokuseres nå på å utvikle selveprosessen, samt utstyr som er egnet for teknisk produksjonog utvelgelse av de rette algetypene. Produksjonserfaringerutenfor laboratoriet vil være avgjørende for å kunne utvikle

Komprimert hydrogen erhandelsvare og kan kjøpes påde fleste gassutsalg.

21

billige og effektive produksjonsanlegg.Investeringskostnadene forventes å utgjøre nesten 90 % avutgiftene ved slik produksjon [Benemann 1998].

Bakterien Rodobacter speroides har med hell blitt brukt tilproduksjon av hydrogen fra avfall fra frukt- og grønnsaks-markeder. Bakterien har også blitt testet på kloakk medgodt resultat. Prosessen er imidlertid fortsatt på lab-oratoriestadiet, og det gjenstår en del arbeid for å økekostnadseffektiviteten og anvendeligheten.

Institut für Bioverfahrenstechnik ved RWTH-Aachen iTyskland har utviklet to forskjellige bioreaktortyper somproduserer hydrogen basert på myse fra meieriproduk-sjon.

Noe av forskningen rundt fotobiologisk hydrogenproduk-sjon baseres på genetisk manipulering av mikroorganismersom kan gå på tvers av miljøverninteresser. Dette er et feltsom må studeres nærmere.

2.3 Bruk av hydrogenHydrogen brukes industrielt i en rekke prosesser.Kunstgjødsel- og petroleumsindustrien er i dag de størsteforbrukerne av hydrogen. I det følgende presenteres noenteknologier for bruk av hydrogen til energi- og transport-formål. Brenselceller er spesielt viktig i denne sammenhen-gen. Først foretar vi en generell gjennomgang av de viktig-ste brenselcelletypene, for så å kort nevne andre hydro-genteknologier. Deretter tar vi for oss lagring og transportav hydrogen.

2.3.1 BrenselcellerNår man brenner hydrogen skjer det en reaksjon mellomoksygen og hydrogen som danner vann, og energi frigis iform av varme. I en brenselcelle deler man denne pros-essen i to. De to halve prosessene foregår på hver sin sideav en elektrolytt som holder gassene separert, men somtransporterer ioner. De negativt ladde elektronene går i enytre elektrisk krets. Ved hjelp av denne innretningen kon-verterer man en del av den kjemiske energien direkte tilelektrisk energi.Teoretisk kan man omdanne hele 83 % avenergien til elektrisitet med en brenselcelle. I praksis ereffektiviteten lavere, men i forhold til alternative tekno-logier er brenselceller svært effektive. Brenselcellen bleførst utforsket av Sir William Grove, og patentert i 1839. Iavsnittet om Daimler Chryslers brenselcellebil, Necar 4,viser vi en sammenligning av en hydrogen-brenselcellebil,en dieselbil og en bensinbil basert på samme bilmodell ogtest. En tilsvarende sammenligning blir presentert i avsnittetom Toyotas brenselcellebiler.

En brenselcelle er i prinsippet ganske lik en celle i et vanligbatteri. Den viktigste forskjellen er at mens battericellene

etterhvert stopper fordi den internt lagrede energien tarslutt, fortsetter brenselcellene å produsere elektrisitet sålenge de blir tilført brensel. Som eksempel skal vi gi enkort beskrivelse av en såkalt PEM-brenselcelle.En slik PEM-brenselcelle består av fire basiselementer:Anoden er den negative elektroden i brenselcellen. Ianoden frigjøres elektroner fra hydrogenmolekylene så dekan utføre arbeid i en ekstern strømkrets.Katoden er den positive elektroden. I katoden ledes elek-troner fra den eksterne strømkretsen til katalysatoren hvorde reagerer med oksygen og hydrogenioner til vann.Elektrolytten er protonbyttemembranen. Dette er etplastmateriale som er spesielt behandlet slik at det kan ledepositivt ladede ioner (protoner). Membranen lar ikke elek-tronene passere.Katalysatoren er et materiale som får reaksjonene vedelektrodene til å skje raskere, men som ikke selv deltar ireaksjonene. Det vanligste å bruke som katalysator er platina. Platinaet er pulverisert og finfordelt rundt små kar-bonpartikler, for å bruke minst mulig platina og for å fåstørst mulig kontaktflate.I tillegg til disse fire elementene trengs en strømførendeplate som gir elektrisk kontakt mellom elektrodene.En PEM-brenselcelle fungerer på den måten at når ethydrogenmolekyl kommer i kontakt med platina-katalysatoren spaltes det i to hydrogenioner (protoner) ogto elektroner. Elektronene ledes via elektroden til enekstern strømledning, hvor de kan utføre arbeid, foreksempel drive en elmotor. Deretter ledes de videre tilkatoden, hvor oksygen fra lufta deles i to oksygenatomernår det kommer i kontakt med katalysatoren. To hydrogen-ioner slår seg sammen med ett oksygenatom og to elek-troner fra strømledningen, og danner ett vannmolekyl.Reaksjonen i en brenselcelle produserer bare omlag 0,7volt så for å få spenningen opp på et anvendbart nivå

OxygenElectron

ProtonHydrogen Gas

Electricity

Water

Heat

Figur 8Slik fungerer en PEM-brenselcelle.

seriekobler man flere brenselceller. Sammenkobledebrenselceller kalles for en brenselcellestakk.

BrenselcellesystemSmå systemer under omlag 100 watt behøver ofte ikkekjøling eller luftpumper. Men i systemer større enn 100watt trenger man imidlertid en del ekstrautstyr for å få dethele til å virke.En snakker derfor ofte om et brenselcellesystem, og akkurat som når vi snakker om en bilmotor, mener vi helesystemet med luftforsyning, drivstoffhåndtering, kjøleanleggog pumper som er nødvendig for å få en motor til å fun-gere skikkelig. Slik er det også med et brenselcellesystemeller en brenselcellemotor. Den trenger kjøling, luftfor-syning osv. Enkelte brenselceller bruker også kompressorerog mellomkjølere. Som i en bil er det viktig at hele sys-temet er optimalisert for at motoren skal gå bra.Det finnes flere typer brenselceller med ulike egenskaperog bruksområder. Brenselcellene klassifiseres, på lik linjemed elektrolysørene, vanligvis etter elektrolytten de bruker, jf. tabell 1side 24.

Alkaliske brenselceller (AFC)Alkaliske brenselceller ble brukt til strømforsyning påApollo-ferden, og brukes i dag ombord i NASAs rom-ferger. Sentrale utviklere av alkaliske brenselceller har værtF.T. Bacon, Energy Conversions, Pratt Whitney og Elenco.Elenco sin kompetanse og patenter er overdratt til Zetek.Dette selskapet har levert brenselceller blant annet til enhydrogendrevet London-taxi og en passasjerbåt i Bonn. Enfordel med denne typen brenselceller er at man kan brukeen rimelig katalysator, f.eks. nikkel.Alkaliske brenselceller er følsomme overfor CO2. Dersomman skal bruke luft i stedet for rent oksygen i brensel-

cellene må man rense luften for CO2. En annen ulempe erat elektrolytten er flytende, og korrosiv.

Fosforsyre-brenselceller (PAFC)Fosforsyre-brenselceller har vært under utvikling sidentidlig på 1960-tallet, og er i bruk rundt om i verden. Dennetypen brenselceller bruker, som navnet indikerer, fosforsyresom elektrolytt og er tolerant for CO2. Den elektriskeeffektiviteten til PAFC-systemer er relativt lav; rundt 35 - 45 %. I tillegg kommer spillvarme som ofte brukes tiloppvarmingsformål.

International Fuel Cells (IFC) selger PAFC kommersielt, oghar levert mer enn 200 fosforsyre-brenselcellesystemer på200 kW.Til sammen har disse hatt en total driftstid på merenn 4 millioner timer [King 2000] [IFC 2001]. IFC planleg-ger å legge ned produksjonen av PAFC-brenselceller, og vili stedet lansere et 150 kW PEM-brenselcellesystem fra2003.

Fastoksid-brenselceller (SOFC)Fastoksid-brenselcellen er en høytemperatur brenselcelle.Elektrolytten består av et oksid, vanligvis av zirkoniumoksidtilsatt litt yttriumoksid. Dette oksidet leder oksygenionerved høye temperaturer.

Den maksimale elektriske virkningsgraden til en fastoksid-brenselcelle som drives av hydrogengass er anslått til omlag60 %. Det vil si at brenselcellen kan klare å konvertere 60 % av brenselenergien i hydrogengassen til elektrisk kraft.

Det er fortsatt enkelte problemer knyttet til fastoksid-brenselcellen. For å få høy nok ledningsevne er det nød-vendig å operere brenselcellen ved temperaturer opp mot1 000 °C. Det har vist seg å være atskillige materialprob-lemer ved denne temperaturen. Det arbeides derfor medå utvikle nye, stabile materialer for lavere temperaturer.

Et ledende selskap innen utviklingen av fastoksid-brensel-celler for stasjonær kraftproduksjon er SiemensWestinghouse (SW). I 1997 ble 100 kW brenselceller fraSW installert i Arnhem i Nederland. Brenselcellestakkenble drevet av naturgass og var i drift i 16 612 timer. Detmest imponerende ved denne brenselcellestakken var at,da den ble undersøkt for hvordan den tålte driften, frem-sto som ny og uten tegn til degradering. Stakken er flyttettil Tyskland, og har nå mer enn 20 000 driftstimer bak seg.Den leverer 110 kW elektrisitet og den totale elvirknings-graden er 46 %. I tillegg leverer den 64 kW varme til fjern-varmenettet. SW har nå flere demonstrasjonsprosjekter pågang, bl.a. en 250 kW enhet som Shell skal sette opp påKollsnes utenfor Bergen. SW skal bygge et produksjonsan-legg for SOFC i Pittsburgh USA, og vil starte salg av SOFC-anlegg i størrelsen 250 -5 000 kW fra slutten av 2003[Westinghouse 2002].

Fastoksid brenselceller inte-grert med turbiner kanoppnå svært høy virknings-grad sammenlignet medtradisjonelle kraftgenerering-steknologier. Bildet er framonteringen av en 220 kWhybrid i California, den førstei sitt slag. Les mer om slike ikapittel fire.

23

Andre sentrale aktører som arbeider med å utvikle fastoksid-brenselceller er blant andre Rolls Royce og Sulzer.I Norge har det vært to store prosjekter innen SOFC;Mjølner og Norcell. Begge disse ble stanset for noen årsiden, men Prototech i Bergen driver fremdeles medutvikling av SOFC. I Danmark foregår det en relativt storsatsing på SOFC. Forskningen foregår ved Risø og HaldorTopsøe [Nytek 2000], og er basert på europeisk samarbeid.

Den store bilkomponentleverandøren Delfi utvikler isamarbeid med BMW en fastoksid-brenselcelleenhet somskal erstatte bilbatteriet i BMWs fremtidige bilmodeller.Disse fastoksid-brenselcellene vil bruke bilens drivstoff tilelproduksjon, noe som vil gi en langt mer effektiv utnyttelseav drivstoffet enn dagens forbrenningsmotor ogdynamosystem.

Protonbyttemembran (PEM) brenselcellerProton exhange membrane (PEM) brenselceller kalles ofteogså for fastpolymer-brenselceller (SPFC). Vi har valgt åbruke betegnelsen PEM fordi den i dag er rådende.

PEM-brenselceller ble hovedsakelig utviklet av GeneralElectric (GE) i perioden 1959-82. Ballard i Canada begynteå utvikle PEM i 1983 og har siden betydd mye for utviklin-gen av PEM etter at GE la ned sitt brenselcelleprosjekt.Utviklingen av bedre membraner, redusert behov for plati-na som katalysator og mer effektiv vannhåndtering hargjort PEM til en ledende brenselcelleteknologi.

Elektrolytten i en PEM-brenselcelle består av membran avfast polymer som tillater protoner å bli overført fra en sidetil en annen. PEM-brenselcellene opererer ved ca 80 °C,noe som gjør dem godt egnet til å forsyne et hus medstrøm og varmt vann til oppvarming og hushold.Til trans-portformål og mobil kraftforsyning er PEM overlegen bat-terier og de andre brenselcelletypene. Først og fremst erPEM-benselcellene lette og robuste. At elektrolytten er avet fast stoff gir god sikkerhet. PEM-brenselcellene respon-derer raskt på endringer i last, en egenskap som bidrar tilgod akselerasjon i et kjøretøy. PEM-teknologien egner seggodt for masseproduksjon. En ulempe ved PEM-brensel-celler er bruken av platina som katalysator, men innholdetav platina har blitt kraftig redusert de senere årene (sefigur), og potensialet for ytterligere reduksjon synes stort.

PEM-brenselcellene tåler CO2 men er følsomme for CO-forurensning som kan gi redusert virkningsgrad. Dette er etproblem for de som forsøker å benytte reformertehydrokarboner som drivstoff, men ikke dersom man bruker rent hydrogen.

Ballard har i de senere årene inngått samarbeid med Fordog DaimlerChrysler. Andre sentrale utviklere av PEM-brenselceller er General Motors, Toyota, HPower,Panasonic, International Fuel Cells, NovArs, DeNora, ogPlug Power for å nevne noen.

Mulighetene som ligger i å øke virkningsgrad, effekt/vekt ogeffekt/volum for denne brenselcelletypen ved bruk av nyematerialer er store. På den annen side er PEM-brensel-celler allerede i dag konkurransedyktig med eksisterendeteknologier på de fleste områder.Ved masseproduksjon avPEM-brenselceller vil de også bli konkurransedyktige påpris.

Ballard skal etter planen bygge en fabrikk i 2002 til 250 -300 millioner US $ med kapasitet til å produsere brensel-celler nok til 300 000 biler i året [Hyweb 2000].En rekke produkter med PEM-brenselceller har blitt introdusert i 2001 og flere er under utvikling .

Forbruk av platina

1990 1991 1992 1993 1994 2000

14

g/kW

bre

nsel

celle

12

10

8

6

4

2

0

PEM-brenselceller blir stadiglettere og mer kompakte.Bildet viser en 80 kWbrenselcellestakk som ble vistfram i Januar 2000.

Figur 2Forbruk av platina per kWeffekt av brenselceller. Figurenviser at man har klart åbegrense bruken av det dyremetallet vesentlig.Kilde: Ford (2001).

2.3.2 Forbrenning av hydrogenEn kan også forbrenne hydrogen på vanlig måte med oksygen eller luft, og bruke forbrenningsvarmen, enten tiloppvarming, koking , turbiner, kjeler eller i forbrennings-motorer.

BrennerteknologierPå grunn av hydrogenets høye flammetemperatur vil manlett få høye NOx-utslipp ved bruk av vanlige brenner-teknologier. En bør derfor bruke en teknologi som gir laveNOx-utslipp. Katalytiske brennere bruker en katalysator tilå redusere flammetemperaturen, og dermed reduseresdannelsen av NOx.Det er utviklet flere brennere som benytter diffusjon(primusprinsippet) for lav NOx-brenning av hydrogen[Nytek, 2000].Opp til 15 % H2 kan tilsettes vanlig naturgass uten å endrekonvensjonelt brennerutstyr [Hart,1997].

HydrogenmotorerRudolf Erren studerte bruk av hydrogen i forbren-ningsmotorer på 1920-tallet og utviklet en egen metodefor konvertering – ofte referert til som Erren-motorer.Totalt skal Erren og hans folk ha konvertert et sted mellom1 000 og 3 000 biler, busser og lastebiler til hydrogendrift.I USA på 1970-tallet konverterte Roger Billings en FordModel A til hydrogendrift da han var 16 år [Hart 1997].Billings baserte seg på arbeidet til Erren. Sammen medFrank Lynch dannet han senere selskapet HydrogenConsultants (som nå har skiftet navn til Hydrogen

Components Inc (HCI)). Dette selskapet har konvertert enrekke biler, blant annet en Mazda med wankelmotor, enWinnebago bobil som brukte hydrogen som drivstoff ogsom energikilde ombord i bilen til matlaging, oppvarmingog til et større motorredskap for gruvedrift. HCI harutviklet et spesielt innsprøytningssystem, og tilbyr konvert-ering av biler. Av store bilfabrikanter er det først og fremstBMW som har satset på forbrenningsmotorer og hydro-gen. Motorer for stasjonær produksjon av elektrisitet ogvarme med naturgass kan enkelt konverteres til hydrogen-drift. Enkelte av disse motorene har i dag en eleffektivitetpå 42 %, og kan i dag være et rimelig alternativ til brensel-celler.

Karbonatsmelte-brenselceller (MCFC)Karbonatsmelte-brenselceller bruker et smeltet alkali-karbonat som elektrolytt. Denne typen brenselceller blekonseptuelt utviklet i 40-årene og demonstrert i 50-årene.Utviklingen innen MCFC har gått sakte [Blomen 93]. Detfinnes flere MCFC-installasjoner, men det har vært storematerialproblemer knyttet til denne brenselcelletypen.Viktige produsenter er Fuel Cell Energy i USA ogMotoren- und Turbinen-Union (MTU). MTU installerer 8MCFC-anlegg i 2001, og forventer å starte serieproduksjonog salg til konkurransedyktige priser fra 2004 [Hyweb2001][MTU 2001]. MTUs system opererer ved 600 °C.Dette er en lav temperatur i MCFC-sammenheng, og detgir mindre materialstress. Den elektriske virkningsgradenfor systemet er oppgitt til rundt 50 %. I tillegg levererenheten høytrykksdamp ved 400 °C. Levetiden er beregnettil 20 000 timer [MTU, 2001].

Direkte metanol brenselceller (DMFC)Direkte metanol brenselcellen er en variant av PEM-typen,og som navnet tilsier kan denne bruke flytende metanoldirekte uten reformering. Det har vært en intens forskningog utvikling på denne typen brenselceller i de senereårene.Virkningsgraden, som før var svært lav, har blitt noebedre. For kort tid siden lanserte Daimler Chrysler engokart som bruker denne brenselcelletypen.Det største problemet med metanol er at det frakter medseg karbon lagret i metanolen som blir frigjort hovedsake-lig som CO2 ved bruk av drivstoffet. I tillegg er metanolsvært giftig.

Regenerative brenselcellerEnkelt sagt er dette en brenselcelle som produserer elek-trisitet og varme, og som kan reversere prosessen. Med til-førsel av strøm kan den brukes til elektrolyse av vann forfremstilling av hydrogen og oksygen. En bruker altså sammeapparatet til to funksjoner, og en kan spare vekt og kost-nader sammenlignet med et system der man har brensel-celle og elektrolysør hver for seg.Virkningsgraden for den ene av funksjonene til en re-generativ brenselcelle behøver ikke å være lavere enn fordedikerte brenselceller eller elektrolysører. Menkatalysatoren i systemet kan ikke optimaliseres for begge.Effektiviteten kan altså ikke være på topp begge veier.Derfor burde for eksempel et system som primært skalprodusere hydrogen være optimalisert for elektrolyse.Regenerative brenselcellesystemer er som oftest basert påPEM-teknologi.

Type Elektrolytt Arbeidstemp. •C BruksområderAlkalisk (AFC) Alkalisk 50-200 Romfart, transportDirekte metanol (DMFC) Polymer 80-200 Transport, bærbart utstyrProton-bytte-membran(PEM) Polymer 50-80 Romfart, transport, små KVK, bærbart utstyrFosforsyre (PAFC) Fosforsyre 190-210 KVK, kraftverkKarbonatsmelte(MCFC) Smeltetkarbonat 600-650 KVK, kraftverk,Fastoksid (SOFC) Fastoksid 600-1 000 KVK, kraftverk

Tabell 1 Noen vanlige brenselcelle-typer og deres bruks-områder.(KVK står for kombinertvarme- og kraftproduksjon).

25

TurbinerDet eksisterer i dag en rekke kullfyrte gasskraftverk basertpå kullforgassing (IGCC) som bruker betydelige andelermed hydrogen i drivgassen. Brennkammerteknologi utvikletfor syngass fra kullgassifisering egner seg godt som brenselmed høyt hydrogeninnhold. At hydrogen kan brukes i tur-biner er verifisert fra flere turbinleverandører, blant annetGE. Turbiner er i dag rimeligere enn brenselceller i forholdtil effekt, og kan være en overgangsteknologi.Norsk Hydro sitt "Hydrokraft"-konsept er basert påelkraftproduksjon med turbiner og hydrogen. Nærmereom hydrokraft i avsnittet om CO2-fjerning i kapittel 4.

HybriderVed å integrere ny fastoksid-brenselcelleteknologi medallerede eksisterende gassturbiner kan virkningsgraden tilet eventuelt gassbasert kraftverk økes til opp mot 80 %under optimale betingelser. Brenselcellene har alene etpotensial til å utnytte 60 % av energien i brenslet. Restengår tapt i form av blant annet lavverdi-varme, men ogsåfordi brenselcellene ikke er i stand til å utnytte alt brensletsom tilføres. Brenselrestene i avgassen kan imidlertidutnyttes ved hjelp av konvensjonelle gassturbiner. Dersomen slik løsning velges, vil kraftverket fortsatt produsereNOx hvis det ikke brukes O2 i etterbrenneren, men i min-dre omfang enn et konvensjonelt gasskraftverk, som baser-er hele prosessen på forbrenning.

Simens Westinghouse har startet en 220 kilowatt SOFC-mikroturbin "hybrid"-system ved Universitet i California,Irvine. Dette er det første i sitt slag, og effektiviteten erberegnet til 57 %. Et 1 megawatt system er under planleg-ging, og skal settes opp i Fort Meade, Maryland. SiemensWestinghouse har også annonsert planer for et 1megawatt testanlegg i Europa.

2.4 Lagring av hydrogenDersom hydrogen skal bli tatt i bruk i stor skala er lagringet nøkkelproblem. I kjøretøy må det kunne lagres nokhydrogen ombord til å gi lik kjørelengde som dagens biler.I energisektoren er det viktig å kunne lagre hydrogen effek-tivt, raskt og billig. Vi vil i dette kapittelet se på lagring avhydrogen med spesiell fokus på hydrogenlagring ombord ikjøretøy.Hydrogen er et stoff med høyt energiinnhold i forhold tilvekt. Det er grunnen til at hydrogen er et naturlig første-valg i romfart og svært godt egnet til luftfart. Men energitettheten i forhold til volum er svært lav. Det stillerderfor større krav til lagring enn f. eks flytende bensin.US DOE har satt som mål at en energitetthet på 6,5 vektprosent hydrogen og 62 kg hydrogen per m3 må opp-nås for at et lagringssystem med passe vekt og størrelseskal kunne gi en kjørelengde på 560 kilometer i et brensel-cellekjøretøy.

Hovedsakelig har man tre muligheter :Hydrogen komprimeres og lagres i en trykktank, kjøles nedtil det blir flytende og holdes nedkjølt i en godt isolerttank, eller lagres i et fast stoff. De ulike strategiene forhydrogenlagring beskrives i de følgende avsnitt.

Komprimert hydrogenLagring av hydrogen under høyt trykk er en velprøvdteknologi.Tankene er hovedsakelig av tre typer:- Stål- Aluminiumskjerne omviklet med fiberarmert plast (kompositt)- Plastkjerne omviklet med fiberarmert plast(kompositt) For stasjonære systemer der vekt og størrelse ikke er avavgjørende betydning, kan ståltanker være en god løsning,men for kjøretøy skaper tradisjonelle trykktanker proble-mer i forhold til både vekt og volum. En har i de siste åreneopplevd gjennombrudd i utviklingen av en ny type fullkom-positt-tank som kan lagre hydrogen under 350 bars trykk,og som samtidig tilfredsstiller gjeldende sikkerhetskrav.Denne tanktypen kan gi en lagringskapasitet på 10-12 vektprosent hydrogen, [DOE, 2000]. Dermed vil ikketankvekten være et problem. Det foregår også utvikling avtanker som kan lagre hydrogen under 700 bars trykk.Dette vil redusere tankvolumet, noe som er en forut-setning for å oppnå god kjørelengde. En har også utvikletlettvektstanker av kompositt med design som gjør at deutnytter plassen bedre enn vanlige sylindriske tanker.Raufoss Composites, en ledende leverandør av kompositt-tanker, leverer en lett trykktank for mobile applikasjoner,opprinnelig utviklet for naturgass. De utvikler nå et hydro-genlagringssystem basert på kompositt-tanker.

Til kompresjon av hydrogenet brukes det vanligvis spesialkompressorer for H2. Dersom det benyttestrykkelektrolysører som leverer komprimert hydrogen, vilman kunne redusere eller helt fjerne behovet for kom-primeringsarbeid avhengig av hvilket trykk man trenger.Dette gir en bedre systemeffektivitet, og en enklere ogrimeligere løsning.

Flytende hydrogenHydrogen kan lagres flytende (LH2) ved 20 K (-253 oC) isuperisolerte tanker. For transport over lange avstander ogsom drivstoff i romfartøy og fly, er LH2 interessant.Kunnskapen om bruk og håndtering av LH2 er god. For åkjøle ned hydrogen trengs energi tilsvarende 30-40 % avenergien i drivstoffet. Utvikling av en ny nedkjølingsprosesssom medfører en halvering av energiforbruket, antas åvære mulig [Nytek 2000]. Bruk av LH2 er spesielt godtegnet i luft- og romfart der dette drivstoffet har flere egen-skaper som gjør det overlegent andre alternativer. I rom-fart er LH2 det mest anvendte drivstoffet.

Nasa har vært en storfor-bruker av hydrogen til romfarti flere tiår. Bildet viser lager-tank for flytende hydrogen oghydrogentankbiler. (foto NASA)

BMW har studert bruk av flytende hydrogen i forbren-ningsmotorer for biler i over 20 år, og mener bruk av flytende hydrogen representerer et godt alternativ i privat-biler. Det tyske selskapet Linde har utviklet en tank for flytende hydrogen der man bruker kulden i noe av det flytende hydrogenet til å kjøle ned isolasjonen rundttanken. Dette gjøres med kjøleribber. På denne måten kantanken holde hydrogenet flytende i opptil 12 dager[Hyweb, 2000]. Denne tanktypen blir nå testet ut og vilsannsynligvis bli å finne i blant annet BMWs hydrogenbiler.

MetallhydridVisse metaller og metallegeringer har evnen til å absorberehydrogen under moderat trykk og temperatur, og å dannehydrider. Hydrid er en forbindelse som inneholder hydrogen og ett eller flere andre elementer. En metall-hydridtank inneholder, i tillegg til et varmehåndterings-system, et metallpulver som absorberer hydrogen lik ensvamp absorberer vann. Varmehåndteringssystemet transporterer vekk varme når hydrogen blir fylt på tanken,og tilfører varme når hydrogen skal hentes ut av tanken.

Hydrogenet blir frigjort fra metallhydridet når varme blirtilført. Denne varmen kan eksempelvis være over-skuddsvarme fra brenselcellene.

En metallhydridtank blir regnet som et meget kollisjon-ssikkert lager for drivstoff fordi trykktapet ved et eventuelttankbrudd vil kjøle ned metallhydridet, som dermed slutterå frigjøre hydrogen.

En rekke metallhydrider er i kommersielt salg og represen-terer gode hydrogenlagringsløsninger ved tilfeller der vektikke er noe problem. For kjøretøy er problemet med met-allhydrid for høy vekt i forhold til mengden lagret hydrogen.

En har på tross av langvarig forskning ikke kommet langtnok med å løse vektproblemet. En har derfor nå begynt åtenke nytt, blant annet ønsker man å prøve lette legeringerog metoder for å pakke hydrogenet tettere.

På Institutt for Energiteknikk på Kjeller (IFE) arbeider manmed å lagre hydrogen i legeringer med ekstremt kort avstand mellom hydrogenatomene, noe som kan gi høyeretetthet.

Det arbeides med å finne billige metallegeringer som harevnen til å absorbere mye hydrogen, og som samtidigfrigjør hydrogenet ved relativt lav temperatur. DetInternasjonale Energibyråets (IEA) metallhydrid-programhar en målsetting om fem vektprosent absorbert hydrogenog hydrogenfrigjøring ved < 100 oC.Dopet NaAlH4 er et lovende metallhydrid som er rimeligog som nesten oppfyller IEA-målene for metallhydrid medsine 4 vektprosent hydrogen og 150 oC frigjørings-temperatur. Dette metallhydridet er nå utgangspunkt forutviklingen av et hydrogenlagringssytem i USA, og studeresogså ved IFE.Dagens moderne PEM-brenselceller opererer ved lav tem-peratur. Dersom en skal bruke overskuddsvarmen frabrenselcellene til å frigjøre hydrogen, er det viktig athydridet frigjør hydrogen ved samme temperatur.Energieffektiviteten til systemet vil bli lavere, og systemetmer komplisert dersom en må generere ekstra varme forå hente hydrogenet ut av tanken. Metallhydrid kan ogsåbrukes til komprimering av hydrogen.

Hydrogen i karbonmaterialerEnkelte karbonmaterialer har svært stor overflate, og manhar i flere år forsket på hydrogenlagring i disse materialene.Det er spesielt i karbon-nanostrukturer som nanofibre,nanorør og fullerene som flere forskergrupper hevder å hapåvist lovende opptak av hydrogen.

Det arbeides intenst med å utvikle metoder for å kunneprodusere enkeltveggede nanorør i stor skala på en kost-nadseffektiv måte.Ved bruk av laserteknologi har man klartå oppnå en høy andel av nanorør med riktig diameter oghøy renhet. Produksjon av nanorør er raskt voksende.Nanorør har en rekke spennende egenskaper som iutstrakt grad kan bli tatt i bruk innen hydrogenteknologi.De kan for eksempel brukes i brenselceller, ultra-kondensatorer for effektiv oppsamling av bremseenergi oghydrogenlagring.En amerikansk forskningsgruppe har i gjentatte forsøkpåvist lagring av 7,5 vektprosent hydrogen i enkeltveggedenanorør ved romtemperatur. I dette forsøket hadde manbehandlet nanorørene med ultralyd. Kilder hevder en noehøyere lagringskapasitet vil kunne oppnås om kort tid. Detarbeides nå med å skalére opp forsøkene. [Dillon, 1999].

Grensesnitt

MetallH Gass2

Figur 9Hydrogengass diffunderer innmot grensesnittet. Der blirhydrogenmolekylet splittetopp til hydrogenatomer somabsorberes i metallet.Hydrogenet blir såledeslagret i metallgitteret.

8

9

10

Rela

tive V

eh

icle

Co

mp

lexit

y

Fuel Infrastructure Cost ($/FCV)

7

6

5

4

3

1

2

0

0 1.000

Gasoline Pure FCV

Gasoline Hybrid FCV

Methanol Pure FCV

Methanol Hybrid FCV

Hydrogen FCV

=1.5 million MeoH FCVS

2.000 3.000 4.000 5.000 6.000

1.5 million MeoH FCVS

Figur 10Hydrogen, bensin og metanoli forhold til kompleksitet pådrivstoffsystemet og infra-strukturkostnad.(kilde: Sandy Thomas)

27

Det er her på sin plass å nevne at det er stor uenighet omlagringskapasiteten i karbonmaterialer. Det er for eksempelen tysk forskergruppe som svært grundig har forsøkt ågjenta ovennevnte eksperiment, og som har påvist kunsvært lav lagringsevne for hydrogen [Haluska 2001].

MetanolMetanol (CH3OH) har et høyt hydrogeninnhold somforholdsvis lett kan frigjøres ved spalting eller reformering.Det kan derfor tenkes brukt som et flytende lagrings-medium for hydrogen.Metanol er av enkelte blitt fremhevet som en god mellomløsning for småbiler. Fordelen med metanol er atdet er flytende ved normalt trykk og temperatur, og har ethøyt innhold av hydrogen sammenlignet med andre fossile drivstoff. Metanol blir framstilt fra naturgass via damp-reformering til syntesegass. I en metanolbil med reformerombord vil metanolen bli reformert tilbake til hydrogensom brukes i brenselcellen. Energitapet ved disse to prosessene er stort, og systemeffektiviteten blir derfor lav.Metanol (tresprit) er en svært giftig væske med mangelikhetstrekk til etanol. Metanol er kreftfremkallende,korrosivt og kan forurense grunnvannet. Flere store olje-selskap har tydelig signalisert at de ikke vil bygge ut enmetanolinfrastruktur, fordi de mener det er for stor risikoforbundet med metanol.

Flere miljøorganisasjoner, bl.a. Bellona, vil arbeide aktivt moten slik infrastruktur. I tillegg til de direkte skadevirkningeneav metanol, vil en midlertidig metanolinfrastruktur ogsåforsinke utbyggingen av en hydrogenifrastruktur. Det vilkreve store investeringer, og dessuten vil de metanoldrevnebilene være på veien i flere tiår. En annen betenkelig sidemed en metanolinfrastruktur er at den forutsetter at bilermed brenselceller, der metanol ikke kan brukes direkte, måutstyres med en fordyrende omformer. En regner med atdet kan ta flere tiår før direkte metanol-brenselceller(DMFC) eventuelt kan brukes i vanlige kjøretøy. En flytterdermed kostnader over til forbrukeren, og gjør brensel-celleteknologien dyrere i anskaffelse enn nødvendig. Detblir ofte hevdet at metanol kan transporteres og behandlessom bensin, men dette er ikke riktig. Metanol er svært korrosivt, og et utslipp av metanol kan forårsake storeskader på omgivelsene. Metanol blander seg med vann oger nesten umulig å samle opp.

En brenselcellebil med metanolreformer ombord vil hastore utslipp av CO2 – trolig et sted mellom 60 og 70 %av en tilsvarende bensinbil med forbrenningsmotor [NOU1998:11]. En vil også få utslipp av hydrokarboner og CO.Økt distribusjon av metanol vil kunne medføre risiko forforgiftningsskader på mennesker og dyr. På grunn av lav systemeffektivitet og relativt høye utslipp sammenlignetmed hydrogen og elektrisitet, vil metanol ikke tilfredsstille

framtidens krav til kjøretøy. Metanol kan derfor ikke anbefales som drivstoff.

Bensin og andre hydrokarboner Omdanning av bensin (eventuelt av en spesiell kvalitet, enform for nafta) til hydrogenrik gass ombord i bilen har ogsåvært gjenstand for mye forskning og utvikling. Det er særligoljeselskapene, som har investert enorme summer i enbensininfrastruktur, som ivrer for dette. Disse nød-løsningene gir i likhet med metanol dårligere ytelse og drivstoffeffektivitet enn løsninger basert på hydrogen.Dette krever også en svært komplisert reformer, noe somgjør løsningen svært kostbar, tung og uhensiktsmessig. Enhar dessuten store problemer med å fjerne hydro-karboner og CO. CO ødelegger katalysatoren i PEM-brenselcellene. En slik reformer vil måtte operere ved en såhøy temperatur at det også vil dannes NOx. På sammemåte som ved metanol, bare i enda større grad, belasterman bilkjøperen med økte utgifter på grunn av reformeren,samtidig som man øker kompleksiteten, og dermed gjørbilen mer utsatt for tekniske feil. I tillegg reduseres effektiviteten; altså en lite smart strategi. Hybridbiler somallerede er på markedet vil gi samme reduksjon i CO2 sombrenselcellebiler med bensin og metanol som drivstoff.SAABs nye forbrenningsmotor med variabel kompresjon,skal kunne gi samme reduksjon av CO2 [AutomotiveWorld, 2000].

figur 11Kostnader ved hydrogen sammenlignet med bensinmed og uten skatt.(kilde: Norsk Hydro)

Tabell 2 Oversikt over vekt og volumav ulike tankløsninger.Alleeksemplene gir omtrentligsamme kjørelengde ved bruki samme type kjøretøy.Kilde: Ford, 2001ogQuantum,2001

Kjøretøy med samme kjørelengde pr tankfylling Masse (kg) Volum(liter)Bensin/forbrenningsmotor 50 70Komprimert hydrogen (350 bar)/brenselceller 90 320Komprimert hydrogen (700 bar) )/brenselceller ~100 180Flytende hydrogen/brenselceller 45 190Hydrogen i metallhydrid/brenselceller 200-600 180

Pri

ce p

r.N

m3

in E

UR

Stasjonær lagring Hydrogen kan lagres i høytrykkstanker, i underjordiske hul-rom og flytende i superisolerte tanker.Alt dette er anvendtteknologi. For lagring av meget store mengder hydrogen vilden mest økonomiske metoden være å benytte under-grunnslagring under trykk [NRF 2001].Kostnadene ved lagring av hydrogen i fjellhaller vil varierermed de geologiske forholdene, men de kan bli ganske lave.Den tyske byen Kiel skal ha lagret bygass med et hydrogeninnhold på 60-65 % i en gasshall med et volum på32 000 m3 og et trykk på 80-100 bar siden 1971 [Winter,1988]. Slike undergrunnslagre kan være tomme reser-voarer, akviferer, fjellhaller eller utspylte hulrom i salt-formasjoner.

2.5 Transport av hydrogen Rørtrasport I USA finnes det 720 km med hydrogen-rørledningsnett, ogi Europa omlag 1 500 km. Over lange strekninger kan rør-transport av hydrogen være en effektiv måte å trans-portere energi på. Energitapet i et elektrisitetsnett kanvære 7,5-8 % av energien det overfører. Dette er omlagdet dobbelte av hva som kreves for å drive gass gjennomen rørledning med tilsvarende lengde.

Hydrogenrørene som er i bruk i dag er konstruert av vanligrørstål, og opererer under trykk på 10-20 bar og med endiameter på 25-30 cm. Det eldste systemet finnes iRuhr–området. Det er 210 km langt og transporterer hydro-gen mellom 18 produsenter og forbrukere. Dette nettet harvært i bruk i 50 år uten uhell. Den lengste hydrogenrørled-ningen er 400 km, og går mellom Frankrike og Belgia.

Med få eller ingen forandringer kan de fleste eksisterendenaturgassledninger av stål brukes til å transportereblandinger av naturgass og hydrogen. Det er også muligmed visse modifikasjoner å bruke rent hydrogen i enkelteeksisterende naturgassledninger. Dette har med karbon-nivået i rørstålet å gjøre. Nyere gassrørledninger, slike somde som ligger i Nordsjøen, har lavt karboninnhold og erdermed egnet til transport av hydrogen. Dersomhastigheten blir økt med en faktor på 2,8 for å kompenserefor at hydrogen har 2,8 ganger lavere energitetthet pervolum enn naturgass, kan en frakte samme energimengde.Faktum er at ved bruk av effektiv hydrogenteknologi sombrenselceller o.l. vil samme energimengde gi økte energi-tjenester i sluttleddet.I det distribuerte naturgassnettet er trykket lavt, ofte rundt4 bar. En benytter seg derfor gjerne av billige plastrør. PVC

Hydrogen er det mestutbredte grunnstoffet i universet. Bildet er tatt fraHubble-teleskopet.

29

(Poly Vinyl Klorid) og de mer moderne HDPE (HighDensity Poly Etylene) er for porøse og egner seg ikke forhydrogentransport [Princeton 1997].

Gassrørledninger kan i tillegg til å transportere ogsåbrukes som lager for store mengder hydrogen.Ved å reg-ulere trykket i ledningen kan en bruke det store volumeten rørledning utgjør som lager i høy belastning, [Winter1988]

Naturgassen som transporteres til kontinentet i rør-ledninger kan tilsettes opptil 15 % hydrogen. Dette hydro-genet kan produseres i Norge med CO2-deponering.Gassen som transporteres kan da selges til en høyere pris,og karbonskattene i mottakerlandene må tilsvarende bliredusert. På denne måten vil inntektene fra hydrogenkunne gi økt verdiskapning i Norge. Blandingen hydro-gen/metan kan brukes på samme måte som naturgassen,og vil gi en høyere brennverdi på grunn av høyere energi-innhold.

Frakt av flytende hydrogenFlytende hydrogen (LH2) er hydrogen som er kjølt ned tilunder -253 °C.Avkjølingsprosessen krever mye energi, menfor langtransport og som drivstoff til enkelte applikasjonersom luft- og romfart, har LH2 likevel klare fordeler framforannet drivstoff.

Veitransport Hydrogen kan fraktes med tankbiler i både flytende ogkomprimert form. Flere selskaper kan levere slike tankbileri dag.

Oversjøisk transportHydrogen kan transporteres i flytende form i tankskip.Disse skiller seg ikke vesentlig fra LNG-tankere, bortsett fraat de må ha noe bedre isolering for å holde hydrogenetnedkjølt over store avstander. Det japanske WE-NET ogdet Tysk-Canadiske Euro Quebec har utredet bruk av sliketankere. Det fordampede hydrogenet kan brukes som drivstoff ombord i fartøyet.

I 1990 deklarerte det tyske instituttet for materialforskningat LH2 sikkerhetsmessig kunne sidestilles med LPG ogLNG, og transport til tyske havner av LH2 ble godkjent.

FlytransportEn ser flere fordeler ved flytransport av LH2 framfor båt-transport. LH2 er lett og transporttiden kort, og fordampning av hydrogen blir dermed ikke noe problem. Studier av dette har blitt gjort av CDS ResearchLtd i Canada med støtte fra WE –NET-programmet.

I utviklingsland er luftforurensning et enda større problem.En undersøkelse gjort av Verdensbanken viser at mer enn40 000 mennesker dør hvert år som følge av luftforuren-sning i indiske byområder [The Cost of Inaction:Valuing theeconomy wide cost of degradation in India, World Bank,Asia Division, 1995].Utslippene kan reduseres fra to kanter: atferdstiltak somreduserer eller effektiviserer transporten, og teknologiskutvikling som reduserer utslippene per kjørte kilometer.Bare den teknologiske vinklingen omfattes av denne rapporten.

Det ligger store muligheter for utslippsreduksjoner i åforbedre dagens teknologi, men det vil bare gi marginaleforbedringer i forhold til klimagassen CO2. Dessuten vilforbedringene trolig drukne i forventet trafikkvekst. Det erpå bakgrunn av dette et behov for en ny motor- og drivstoffteknologi. Elektrisitet og hydrogen er per i dag deeneste løsninger som gir nullutslipp for alle komponenter iavgassen.

Brenselceller har potensial til å løse mange av problemeneved utslipp av eksos. Med hydrogen som drivstoff vilkjøretøyene ha nullutslipp og høy effektivitet, og en rekke-vidde tilsvarende dagens kjøretøyer kan oppnås. Dette ertre hovedkrav som stilles til en bærekraftig løsning av hensyn til miljø, lønnsomhet og forbrukeren.

TransportsektorenTransportsektoren står for 31 % av det totale energi-forbruket i EU. 98 % av transportsektoren er basert påolje. Veitrafikk er den viktigste kilden til støy og lokal luft-forurensning, og en betydelig bidragsyter til globale utslippav klimagasser.

I 1999 kom 32 % av norske CO2-utslipp fra transportsek-toren, hvorav veitransport forårsaket 65 %. I perioden1990-1999 har klimagassutslippene fra sektoren økt med26 % [Nasjonal Transportplan, 1999]. I følge SFT er 750 000 mennesker i Norge plaget av støy og/ellerforurensning fra trafikk.Veitrafikk er i dag den største kildentil miljøbelastning i Norge [SFT, 30. juli 1998].

Verdens helseorganisasjons internasjonale kreftinstitutt iLyon i Frankrike har konkludert med at utslipp fra diesel-biler høyst sannsynlig er kreftfremkallende, mens man ikkehar tilsvarende sikker dokumentasjon for bensineksos.Partikler i dieseleksosen skader DNA-molekylet, og disseskadene fører til kreftutvikling. Årlig dør et sted mellom250 og 300 personer i Norge av kreft som følge av partikkelutslipp fra dieselkjøretøy [Professor Tore Sannerved avdeling for miljø og yrkesbetinget kreft vedRadiumhospitalet, til Aftenposten 22.02.99].

33Figur 12Bare hydrogen og brensel-celler tilfredsstiller alle krav tilmiljøvennlige kjøretøy medhht. eksosutslipp.

Figur 13

400

500 Particulate Air Pollution

(mic

rogra

m/m

)

Bru

ssels

3

300

200

100

0

Safe Standard

To

kyo

Lo

s A

ngele

s

New

Yo

rk

San

tiago

Mexic

o C

ity

Sao

Pau

lo

Bo

mb

ay

Deh

li

Ban

ko

k

Jakart

a

Bejin

g

Man

ila

1992 ble Beijing rangert somverdens nest mest forurensedestorby av Verdens helse-organisasjon. Siden den ganghar antallet motorisertekjøretøy i byen blitt fordoblet.Bilparken øker med 13 % iåret. Dette gjør det stadigvanskeligere, og ikke minstfarligere å sykle i Kina, bådemed hensyn til luftforurensningog trafikksikkerhet.

33Høy drivstoff

økonomi

Langrekkevidde

Null-utslipp

Elektrisitet

Brenselcellermed hydrogen

BensinNaturgassMetanol

Diesel

31

Det synes å være bred enighet om at hydrogen er fremti-dens drivstoff innen transportsektoren [Ogden et al.,1999]. Enkelte selskaper (bl.a. Statoil, Metanex,DaimlerChrysler) har imidlertid ment at metanol børbrukes i en overgangsfase. Dette begrunnes med atmetanol er mest kompatibel med den eksisterende infra-strukturen. Andre sier det er hybrid- og elbilen som kanvære en interimløsning. Noen, f.eks. General Motors ogExxonMobil, hevder at vi bør fortsette med forbedring aveksisterende forbrenningsmotorer inntil vi kan fase innhydrogenløsningen på et aktuelt tidspunkt [Weiss et al.,2001]. Noe av denne holdningen, samt retorikken, kan kanskje best forstås i sammenheng ved å se på kom-petansegrunnlaget og tidligere investeringer innen selskapene.

De fleste oljeselskaper (bl.a. Shell, Norsk Hydro og Texaco)ønsker ikke å bygge ut en ny infrastruktur to ganger – medde enorme kostnadene dette innebærer – og avviser der-for bruk av metanol i en mellomfase. Videre er deres argu-mentasjon basert på at selv om en hydrokarbonbasertinfrastruktur muligens blir billigere, så mer enn utlignes detav at den nødvendige reformeringsprosessen ombord gjørkjøretøyene mer kompliserte og reduserer virknings-graden.Problemstillingen viser at man må vurdere transport i sammenheng med energiforsyning og livssyklusanalyse frabrønnhode til hjul. Dette innebærer at man tar hensyn tilutvinning av energibæreren, inkluderer totalkostnaden vedinfrastrukturen og plusser på kostnad ved produksjon ogbruk av transportmiddelet, samtidig som man tar i betraktning kostnader ved eventuelle utslipp i hele denneprosessen. Sett i denne sammenhengen er Bellona enigmed Shell Hydrogen: "Do it once and do it right" [Shell, 2000].

Transportsektoren rammes nå av stadig sterkere reguleringer og avgifter. Det er spesielt nullutslippskravetfra California (ZEV), og EU’s Auto-oil Program som driverutviklingen i en mer miljø-vennlig retning.Bilbransjen har vært svært motvillig til å bedre miljøytelsen,men blir nå presset til teknologiforbedringer. Dette skjer nåogså i økende grad i u-land som tidligere har fungert somdumpingplass for bilindustrien. I delstaten California ble"Zero Emission Vehicle" eller "ZEV-Program" vedtattallerede i 1990 (se, Internettadressen:http://www.arb.ca.gov/msprog/zevprog/zevprog.htm). Dette innebar at 10 % av alle nye, solgte biler skulle møtenullutslippskrav innen 2003. I mai 2000 ble vedtaket avgjortved en folkeavstemning. I januar 2001 bestemte CaliforniaAir Resources Board (CARB), etter sterkt press fra industrien, å holde fast ved prinsippet om et ZEV-Program,men med en mer gradvis opptrapping som også inkluder-er kreditt for lavutslippskjøretøyer (PZEV). Status i dag erat minst 4 % av alle kjøretøy som selges i 2003 skal væreZEV, mens 6 % kan være PZEV som gir ZEV-credits. Detteinnebærer at bilprodusentene får delvis godkjent lavutslippskjøretøyer, men det er lagt opp til en opptrap-ping av kravene til 16 % ZEV-kjøretøyer innen 2018.Samtidig får produsentene spesielt god kreditt for å bringenullutslipps el- og hydrogenbiler tidlig til markedet.USA har delstatene Massachusetts, Maine, New York ogNew Hampshire også vedtatt ZEV-programmertilsvarende det fra California.

Dette kapittelet beskriver noen av de siste prototypbilenesom har blitt vist fram fra de store bilprodusentene. Det erlagt vekt på å beskrive tekniske spesifikasjoner, fordi disseviser at brenselcellebilene er teknisk klare for lansering påmarkedet. Deretter følger en kort gjennomgang av statusfor andre transportinnretninger.

Tabell 3Tabellen viser utslipp og for-bruk til ulike drivstoff i personbiler.Alle tall er relativetil bensin i dag.Tallene for for-brenning- og produksjons-utslipp av CO2 er relative tilCO2 utslipp fra forbrenning avbensin. "2020 minus" angir etscenario der avgasskraveneikke skjerpes utover det somer vedtatt og ramme-betingelsene ellers holdes konstante. "2020 pluss" angiret scenario der teknologi-potensialet utnyttes fullt ut.(Kilde for tallene er TI (1998a),men tabellen er bygget opp på nyttav oss).

Ottomotor:-Bensin-Metanol (forbrenning)-LPG-CNG-Hydrogen (forbrenning)

Dieselmotor:-Diesel-DME-RME (biodiesel)

Elmotor:-Batterier-Hydrogen (brenscelle)-Metanol (brenselcelle)-Hybrid

1,001,130,901,00-

0,740,680,74

0,31

0,52

0,610,680,550,90-

0,450,390,45

0,250,310,740,30

0,320,350,280,74-

0,320,290,35

0,250,310,740,25

1,001,180,820,820

0,770,640

0

0,50

0,590,730,500,730

0,450,360

000,770,32

1.231.680.910.910.00

0.860.730.64

00.000.000.64

0,320,360,270,590

0,320,270

000,770,27

0.731.000.550.820.00

0.500.450.36

00.011.090.36

0.360.500.270.680.00

0.360.320.23

00.011.050.32

1998 2020 minus

2020 pluss

1998 2020 minus

2020 pluss

1998 2020 minus

2020 pluss

Energiforbruk CO2 utslipp fra forbrenning CO2 utslipp fra forbr. og produksjon

Energibehov - well to wheels

020406080

100120

Bensin Naturgass MetanolFC

Diesel HydrogenFC

Figur 14Energiforbruk ved ulike drivstoffer pr kjørt meter,medberegnet produksjonen.Bensin, diesel og naturgassbrukt i forbrenningsmotor,hydrogen og metanol brukt ibrenselceller. Hydrogen lokaltprodusert ved dampreform-ering av naturgass.Vær oppmerksom på at detstadig skjer forbedringer foralle motortyper(Kilde: Bauen & Hart, 1999.)

3.1 LandtransportAllerede på 1930-tallet konverterte den tyske ingeniørenRudolf Erren mer enn ett tusen biler og lastebiler til hydro-gendrift. Erren konverterte også busser, og visstnok også enubåt og ett tog, til hydrogendrift [Hart 1997]. BilfabrikantenBMW har de siste tiårene utviklet flere prototype hydro-genbiler basert på forbrenningsmotor. Noen kjøretøy medalkaliske brenselceller ble bygget på 1960 - og 70- tallet.

1993 kom de første brenselcellekjøretøyene med PEM-brenselcelleteknologi på veien. Energy Partners bygget enbrenselcellegolfbil, og Ballard lanserte omtrent samtidig enbrenselcellebuss. Ballard startet med utvikling av PEM-brenselceller i 1983. I 1994 lanserte Daimler Benz sinNecar I og Toyota lanserte sin første brenselcelleprototypei 1996.

3.1.1 BilerI det følgende beskrives noen prototype hydrogenbiler, oghvilke valg som er blitt gjort med hensyn til drivverk, lagringav hydrogen, kjørelengde osv.

Ford Ford P2000 med brenselceller ble første gang fremvist i1998. Den er designet for å ha samme ytelse som dagensFord Taurus. Hydrogenbilen har en brenselcellestakk somskal yte 75 kW. 1,4 kg hydrogen er lagret komprimert i totrykktanker og gir en rekkevidde på 160 km. Bilen er forøvrig bygget i lette materialer som aluminium, magnesiumog kompositter, som reduserer vekten og dermed girbedre drivstofføkonomi.I år 2000 presenterte Ford en annen prototype basert på

den europeiske Focus-modellen. Denne har 2 kg hydrogenlagret under trykk og en brenselcellestakk på 75 kW. Bilenhar en rekkevidde på 160 km og toppfart 130 km/t .Akselerasjon skal være fra 0-80 km/t på 8,8 sekunder[Hyweb, 2001].

General MotorsHydroGen1 er basert på Opels Zafira stasjonsvogn, og blelansert i februar 2000. Bilen har en brenselcellestakk på 80kW. Elmotoren er en 55 kW vekselstrømsmotor med maxdreiemoment på 305 Nm. Bilen veier 1 575 kg mot 1 425kg i en standard bensinutgave. Akselerasjon er fra 0-100 på16 sek. Hydrogenet lagres flytende, og tankkapasiteten erpå 75 liter, eller rundt 5 kg, og rekkevidden er 400 km.Baksetet i bilen er 30 cm høyere enn i en standard Zafiraog bunnen i bagasjerommet er 10 cm høyere. HydroGen3,presentert september 2001, har mer kompakte brensel-celler og drivverk, slik at plassen er som i en vanlig Zafira.Opel har gjort flere suksessrike kaldstarttester på systemet,og har startet opp stakken nedkjølt til –20 °C. Målet er åkunne starte opp systemet fra –40 °C. Opel ZafiraHydroGen1 blir nå kjørt gjennom et grundig testprogram

Slik ser det ut under panseretpå en brenselcellebil.

Ottomotor:-Bensin-Metanol (forbrenning)-LPG-CNG-Hydrogen (forbrenning)

Dieselmotor:-Diesel-DME-RME (biodiesel)

Elmotor:-Batterier-Hydrogen (brenscelle)-Metanol (brenselcelle)-Hybrid

1,000,250,860,50-

2,860,933,71

0

0,51

0,510,200,510,41-

1,360,791,57

000,130,25

0,150,040,120,32-

0,640,570,79

000,110,08

1,001,110,830,22-

0,440,140,02

0

1,00

0,510,500,410,18-

0,270,110,01

000,100,50

0,250,500,210,14-

0,210,090,01

000,090,28

1,00-1,060,74-

8,330,748,33

0

0,50

0,76-0,850,59-

2,410,592,41

000,050,37

0,30-0,670,48-

0,740,480,74

000,040,15

1998 2020 minus

2020 pluss

1998 2020 minus

2020 pluss

1998 2020 minus

2020 pluss

NOx utslipp HC utslipp PM10 utslipp

Tabell 4Tabellen viser utslipp ogforbruk til ulike drivstoff ipersonbiler.(Kilde for tallene er TI (1998a),men tabellen er bygget opp pånytt av oss)

33

og utsatt for store påkjenninger i forskjellige omgivelser.GM har inngått et samarbeid med Toyota om utvikling avbrenselcellekjøretøy.GM mener det viktigste arbeidet fremover er å etablere endrivstoffinfrastruktur, redusere kostnadene og utvikle lettere og mer kompakt lagringsteknologi for fremtidensdrivstoff. Fremtidens drivstoff er i følge GM "helt klart erhydrogen, fordi et drivverk som bruker hydrogenbrensel-celler har optimal effektivitet og kun slipper ut vann, erpraktisk talt støyfritt og tilbyr på samme tid en høy grad avkjøreglede" [Opel, 2000].

DaimlerChryslerDaimlerChrysler er en ledende utvikler av brenselcelle-biler. I 1994 demonstrerte Daimler Benz Necar 1, et rul-lende brenselcellelaboratorium i en varevogn. Necar 2 eren minivan med 6 seter, og hydrogenet var, liksom i Necar1, lagret komprimert. Necar 2 ble vist fram i 1996. Necar 3kom i 1997 og var en A-klasse Mercedes med to seter ogmetanol som drivstoff. I mars 1999 ble den hydrogen-baserte Necar 4 introdusert, og Necar 5 med metanol-reformer ble vist frem første gang i 2000. Bortsett fra drivstoffet skiller Necar 5 seg lite fra hydrogenbaserteNecar 4. Metanol er et drivstoff Bellona mener er uaktueltpå grunn av høye CO2-utslipp. I det følgende gir vi derforen beskrivelse av Necar 4.

Necar 4 er en Mercedes A-klasse der hele brenselcelle-systemet på 70 kW er lagt inn i sandwichbunnen i bilen.Denne bunnen var opprinnelig konstruert med tanke påelbilbatterier. Bilen har fem seter, god kjøredynamikk ogsamme bagasjevolum som en ordinær A-klasse.Drivstofftanken med flytende hydrogen er plassert underbagasjerommet.Tanken kan lagre 5 kg hydrogen og gir bilenen rekkevidde på 450 km mellom hver tanking. Elmotorenyter 55 kW, og toppfarten er 145 km/t.Akselerasjon fra 0-50 km/t tar 6 sekunder. Til sammenligning er akselerasjonfor bensin- (60kW) og dieselmodellene (44kW) hen-holdsvis 4 sekunder og 6 sekunder. Akselerasjonen fra 0-100 km/t går på 26,3 sekunder, mot 12,9 sekunder forbensinversjonen og 18 sekunder for dieselversjonen. Bilenveier omlag 300 kg mer enn bensinvarianten, menDaimlerChrysler regner med å få vekten ned betraktelig.Bilen ble under testkjøring kjørt mer enn 10 000 km over380 timer. Gjennomsnittlig drivstoff-forbruk var 1,1 kghydrogen/100 km, noe som tilsvarer 4,0 liter bensin /100km. Til sammenligning (samme testsyklus) bruker en stan-dard A-klasse 7,1 liter bensin/100 km. I alt brukes 37,7 % avenergien i hydrogenet til å drive bilen (tank-til-hjuleffek-tivitet).Tilsvarende tall for A-klasse med bensin er 16-18 %;og 22-24 % for dieselvarianten. Selve brenselcellene har enelvirkningsgrad på 62,2 %.

DaimlerChrysler mener at de største fordelene medbrenselceller er :- Energieffektivitet- Nullutslipp ved bruk av hydrogen- Lavt støynivå - Høy komfort

DaimlerChrysler mener videre at av alle alternativer erbrenselceller den mest lovende teknologien, og regnermed å bruke 10,8 mrd. kr på utvikling innen brenselcel-leteknologi fram til de første kjøretøyene er på markedet.DaimlerChrysler skal starte et begrenset salg av brensel-cellebiler i 2004 [Friedmeier, 2000]. Brenselcellebilene vil blipriset likt som diesel-varianten av A-klasse [Calstart, 1999] og de første bilene vilbruke hydrogen som drivstoff, sannsynligvis komprimert itrykktanker.

BMW BMW 750 hl er basert på BMW’s 7-serie. Den har en V12-forbrenningsmotor som bruker flytende hydrogen somprimært drivstoff, men skifter automatisk over til bensin-drift dersom hydrogentanken går tom.Den superisolerte hydrogentanken gir drivstoff nok til 350km. Hydrogenet fylles automatisk av en robot ved enhydrogenstasjon mens føreren sitter uforstyrret i bilen.Slike robotbetjente hydrogenstasjoner bygges nå i Tyskland.En er allerede åpnet i München, og flere er planlagt iTyskland og Italia [Hyweb, 2001]. Bensintanken er 7-seriensstandardtank og holder for 500 km ekstra. Bilen erforeløpig produsert i et begrenset antall (15), men skalselges fra og med BMWs neste 7-serie [BMW, 2000)]BMW presenterte også en miniversjon i 2001. Prisen vilvære ca 5 % høyere enn den tradisjonelle bensinmodellen.På grunn av den høye temperaturen som er i sylindrenepå forbrenningsmotorer dannes det NOx, men med enmager hydrogenblanding kan dette reduseres .

Flere hydrogenkjøretøy er nåunder utprøving rundt om iverden. Denne brenselcelle-varebilen går i prøvedrift foret firma i Hamburg.Andresentrale demonstrasjonspros-jekt foregår i München,California og Tokyo.

Det foreligger ikke data for NOx utslippene fra dennebilen sammelignet med bensinmodellen. Effektiviteten i enforbrenningsmotor er som tidligere nevnt dårligere enn ibrenselceller, dette gjelder også når en forbrenningsmotorgår på hydrogen

ToyotaToyota var først ute med en serieprodusert hybridbil, oghar solgt flere titalls tusen av Priusmodellen. Når Toyotasatser tungt på utvikling av brenselceller, og gjentatte gangerhar bekreftet at de vil starte salg av brenselcellebiler fra2003, er det all grunn til å være forventningsfull.Toyota hari sine første hydrogenbiler brukt metallhydrid somlagringsmedium for hydrogen. I prototypen FCHV4benyttes komprimert hydrogen (250 bar). Toyota planlegger en serie på 30-50 FCHV – 4 i 2003, med 500bar H2-tank. I motsetning til de andre brenselcelleproto-typene som er omtalt ovenfor, bruker Toyota en hybridløs-ning med omtrent det samme drivverket som i en Prius.Kort sagt har man byttet ut bensinmotoren med brensel-celler og elmotor, og bensintanken med et hydrogenlager.Hybridløsningen innebærer at den også har en del batterier ombord. Hybridløsningen gjør at man enkelt kanta vare på bremseenergien og reduserer behovet for enstor brenselcellestakk.Hydrogenet er lagret i trykktanker, og kjørelengden på éntank er oppgitt til 250 km. Brenselcellestakken som Toyotaselv har utviklet yter 90 kW. Elmotoren har permanentmagnet, og har 80 kW maksimaleffekt og et dreiemomentpå 260 Nm.Toppfart er 150 km/h [Hyweb, 2001]. Toyotahar testet brenselcellebilen mot en besindrevet Kluger V, ogoppgir en tank-til-hjul-effektivitet på bensinbilen på 16 %mot 48 % for hydrogenbilen [Toyota 2001]. I juni2001startet selskapet med veitesting av en liten flåte registrerte hydrogenbiler i Japan.

3.1.2 BusserBruk av hydrogen i busser er allerede velprøvd og funnetsvært anvendelig. De fleste hydrogenbussene som har blittdemonstrert, har hatt komprimert hydrogen lagret i sylin-dre på taket. Brenselcellesystemet passer inn i bussenesordinære motorrom. Busser blir, i motsetning til småbiler,produsert på bestilling slik at produksjonsapparatet forbusser er lettere å tilpasse. I tillegg fyller bussene gjerne drivstoff fra et begrenset antall stasjoner slik at utbygging avnødvendig infrastruktur er enkelt.

En brenselcellebuss fra DaimlerChrysler var på en to ukersdemonstrasjon i Oslo høsten 1999. Bussen gikk i ordinærrutetrafikk. Publikums reaksjon på at bussen brukte hydro-gen som drivstoff var positiv [Hydro, 2000]. I løpet av detkanadiske busselskapet TransLink og Ballard sitt nylig avsluttede og vellykkede demonstrasjonsprosjekt med trebrenselcellebusser, tilbakela disse bussene mer enn 67 000kilometer og fraktet 110 000 passasjerer. Ballards nestebussprosjekt er rettet mot California, der planen er å levere25 busser i løpet av de neste to årene til busselskapetSunLine i Palm Springs [Calstart, 2000]. I Tyskland har MANkjørt hydrogenbusser i ordinær rutetrafikk med gode resul-tater. De reisende var overveiende positive til hydrogensom drivstoff.

I Brasil, India, Kina, Egypt og Mexico vil man i samarbeidmed FN teste ut 40-50 brenselcellebusser i årene fre-mover. De fem landene skal teste ut bussene i sine mestforurensede byer. Trolig vil bussene bli å se i Sao Paulo,Mexico City, Cairo, New Delhi, Beijing og Shanghai. IEuropa er et tilsvarende prosjekt i gang. Her vil 30 busserfra DaimlerChrysler fordeles på ti europeiske byer. Busseneblir satt i drift i 2002-2003. I Oslo arbeides det også for åfå satt inn hydrogenbusser. Stor-Oslo Lokaltrafikk håper påå ha 125 forurensningsfrie busser i år 2010. På Notoddenarbeides det også med konkrete planer om å anskaffehydrogenbusser. Brenselcellebusser vil være kommersielttilgjengelige fra 2004 [Friedmeier, 2000].

Europeiske bussprodusenter som satser på hydrogen-busser er Mercedes, MAN, Neoplan, Scania og Volvo.Naturgass som drivstoff til busser blir fremholdt som etalternativ. Naturgass gir positiv reduksjon av lokal forurensning, men gir faktisk økte klimagassutslipp i forholdtil diesel. Hydrogen gir som tidligere nevnt nullutslipp ogredusert støy.

Toyotas FCHV-4, er basert påKluger V/Highlander-modellen(En såkalt " Sport UtilliyVehicle"). Bilen er en fem-seter.

Figur 15Tank til Hjul til Effektivitetfor Kluger V med bensin / for-brenningsmotor og hydrogen/brenselceller.

35

3.1.3 MotorsyklerVerdens motoriserte tohjulsflåte er på i overkant av 200millioner enheter, og forventes å overstige 500 millioner iløpet av 2010. Asia/Stillehavsregionen står for 82 % av verdensmarkedet, og er det raskest voksende markedetmed mer enn 15 % årlig vekst. Men også i enkelteeuropeiske byer, f. eks. i Italia, er tohjulinger med to-taktsmotor et alvorlig forurensningsproblem.På den annen side kan lette motorsykler være et megeteffektivt transportmiddel i forhold til en bil. I en bil blir enstor del av energien brukt til å frakte bilens dødvekt. I til-legg opptar en motorsykkel mindre areal. Dersom masse-produserte forurensningsfrie motorsykler og scootereerstattet forurensende biler og motorsykler, ville dettevære svært gunstig sett fra et miljøperspektiv. Det er i dagflere selskaper som arbeider med å utvikle slike kjøretøy.[Manhattan Scientifics, 2001].

3.1.4 TogPå jernbanestrekninger som ikke har elektriske kjøre-ledninger kan brenselcelledrift bli en god løsning fordi detkan være billigere enn å bygge kjøreledning. NorgesStatsbaner (NSB) og Statens Jernvegar (SJ) i Sverige samar-beider om utvikling av brenselcellelokomotiv. I førsteomgang ønsker man å lage et togsett for lokaltrafikk. Sliketog vil kunne erstatte forurensende diesellokomotiv. Enlokomotivmotor ble konvertert til hydrogendrift i mel-lomkrigstidens Tyskland av Rudolf Erren [Hart, 1997]. Og etgruve-lokomotiv med H2 /brenselceller er i drift i USA.

3.2 LuftfartI 1783, noen dager etter den første historiske flyturen fore-tatt av brødrene Montgolfier i en varmluftsballong, fløy J. A.Charles og Roberts i en gummiert silkeballong fylt medhydrogen fire mil på to timer. I 1852 konstruerte og fløyHenri Griffard et hydrogenfylt luftskip – det første lettere-enn-luft-fartøyet med noenlunde manøvereringsevne.Videre fulgte flere luftskip og ballonger fylt med hydrogen.Ferdinand von Zeppelin hadde en sentral rolle i utviklingenav luftskip etter 1900.

Det tyske selskapet DELAG startet i 1911 kommersielltransport med luftskip. Selskapet drev en flåte på femZeppelin-luftskip som drev kommersiell transport av passasjerer og post i faste ruter, flere av dem inter-kontinentale. Fram til første verdenskrig fraktet DELAGnesten 40 000 passasjerer fordelt på over 1 600 flyturermed hydrogenfylt luftskip uten noe uhell.

Under den første verdenskrig ble det bygget en rekke luft-skip; England, Frankrike, USA, Italia, Spania, Polen, Sveits ogJapan var alle land som brukte luftskip. Etter Versailles-traktaten var det forbudt for Tyskland å bygge luftskip, menZeppelin konstruerte et skip til US Navy. I 1928 bygget de

den første Graf Zeppelin. Dette luftskipet ble fylt medhydrogen og var i 9 års kontinuerlig drift fram til det blehugget opp i 1937. Skipet fraktet 13 110 passasjerer ogrundt 170 tonn med post og gods, fordelt på 590 flyturer– 144 var interkontinentale, hovedsakelig mellom Tysklandog Sør-Amerika. Luftskip fylt med hydrogen hadde altså imange år vært vanlig før Hindenburg ble ferdigstilt i 1936.Vi viser til kapittel 5 om Hindenburg.

I 1956 ble et modifisert amerikanske B57 bombefly fløyetmed flytende hydrogen (LHO) som drivstoff i en motor. EtRussisk Tupolev Tu-154 ble konvertert til hydrogendrift i1988 og det ble foretatt flere lignende tester med detteflyet. I juni 1989 ble en "Cheetah" (et lite propelldrevet fly)fløyet kun på hydrogen.

Flytende hydrogens høye brennverdi redusererbrenselsvekten med en faktor på 2,8, noe som gjør at enkan bruke mindre motorer som igjen gir mindre støy.Vedå bruke det flytende hydrogenet til å kjøle motorene istedenfor konvensjonell luftkjøling, oppnås ytterligere økteffekt. Det er antatt at levetiden på jetturbinene vil økemed minst 25 %, og behovet for vedlikehold og reparasjonreduseres tilsvarende. Dette har blant annet sammenhengmed renheten på drivstoffet [Brewer, 1991]. En ulempe vedbruk av hydrogen sammenlignet med flyparafin, er athydrogen har en lavere tetthet og dermed krever størrebrennstofftanker. Når en bruker hydrogen istedenfor fly-parafin unngår en utslipp av CO, CO2, hydrokarboner ogpartikler. På grunn av den høye temperaturen i jetturbinendannes det imidlertid noe NOx (NOx skyldes ikke drivstoffet, men er avhengig av temperaturen i brenn-kammeret). Bortsett fra dette er utslippet kun vann. NOx-utslippene vil av flere årsaker kunne reduseres i forhold tilkonvensjonelle fly. [Klug 1996]

Bussen NEBUS ble lansert i1997 og har blitt testet fleresteder, blant annet i Oslo derden gikk to uker i rutetrafikkmed godt resultat. I tillegg tilat bussen bare slipper utvann i eksosen er den mindrestøyforurensende enn vanligebusser. I løpet av 2002-2003vil det bli startet flere hydro-genbussprosjekter i Europa.Det arbeides også med å fåhydrogenbusser i drift fleresteder i Norge – først idemonstrasjonsprosjekter såen gradvis innfasing. En utfas-ing av dieselkjøretøy vil gibetydelig bedret byluftk-valitet.

Aprilas hydrogensykkel Deførste hydrogensyklene viltrolig være på markedet iløpet av 2002/2003

Utslippet av vann fra et hydrogenfly er 2,6 ganger størreenn fra et flyparafindrevet fly. Drivhuseffekten av vanndamp opp til 10 km er omtrent null, men på størrehøyder kan vanndamp gi drivhuseffekt [Hart 1997]. Hvorstor denne vil være er det delte oppfatninger om, men detmå her tas i betraktning at mens CO2 forblir aktivt i alle lagav atmosfæren i over 100 år, vil vanndamp være i stratos-færen i 6-12 måneder og ved lavere høyder bare tre-firedager. En rekke studier vil bli utført av Airbus for å kart-legge drivhuseffekten av vannutslippet. Dersom dette viserseg å bli et problem ved store høyder kan en innførerestriksjoner for flyhøyden. Airbus regner med at de førstemarkedene for hydrogenfly vil være Skandinavia og vest-kysten av USA [Klug 1996]. Bellona mener at norske myndigheter burde bli en aktiv pådriver i utviklingen avhydrogenfly gjennom å kreve at en viss andel avnyinnkjøpte fly fra 2007 skal være hydrogenfly.

I løpet av 1970-tallet ble det gjort flere studier på oppdragfra NASA med tanke på å utvikle store supersoniske passasjerfly. Hydrogenets lave vekt gjorde det til enselvskreven kandidat som drivstoff. Det ble i denforbindelse gjort en rekke sikkerhetsstudier. I 1975-76 bledet på kontrakt fra Nasa utarbeidet en studie rundt lagringog bruk av flytende hydrogen på flyplasser. En studie bleutført av Boeing og en av Lockheed – California.Flyplassene som ble brukt som kasusstudie var SanFrancisco International Airport og Chicago O 'HareInternational Airport. Konklusjonen fra begge disse studiene var at lagring av hydrogen som drivstoff på fly-plassene var fullt mulig. I dag brukes hydrogen som drivstofftil kjøretøy på flyplassen i München. Det ble utviklet egnefyllekjøretøy, hydrant og planer for en full infrastruktur.Fyllingen kunne foregå ved gateposisjonen på samme måtesom konvensjonelle fly mens andre aktiviteter pågår, slik

som lasting av flyet, ombordstigning osv. Fylletiden villevære omtrent lik som for et konvensjonelt fly. Alle hangar-er måtte utstyres med ventilasjon i taket [Brewer 1990].DaimlerChrysler Aerospace/Airbus (DASA) startet nyligett nytt europeisk samarbeidsprosjekt med sikte på åutvikle hydrogendrevne jetfly. I alt deltar 33 forskjelligeindustribedrifter, forskningsinstitusjoner og universiteter fra11 europeiske land. I første omgang har DASA startet ettoårig forstudie og en systemanalyse rettet mot fly drevetav flytende hydrogen. Prosjektet er kalt Cryoplane, etter ettidligere hydrogenflyprosjekt i regi av DASA. Studiet skalkartlegge de ulike aspektene ved bruk hydrogen som drivstoff innen luftfart, blant annet sikkerhet og virkning påmiljøet, samt muligheten for å gjennomføre prosjektet.[Hyweb 2000]

Målet for den kommende tiårsperioden er å utvikle ogstarte serieproduksjon av fly med flytende hydrogen somdrivstoff. Utbygging av hydrogeninfrastruktur til fly eruproblematisk. Her kan en dra nytte av NASAs mangeårigeerfaring med LH2 til romfart. Boeing har også nylig begyntå se nærmere på bruk av hydrogen som drivstoff i fly[Notat til Bellona fra Boeing 2000].

NASA har også startet et nytt forskning- og utviklings-program for hydrogenfly. Prosjektet ved NASA GlennResearch Center heter Zero CO2 Research Project. Måleter å utvikle fly med null CO2-utslipp og en dramatiskreduksjon eller eliminering av NOx. NASAs prosjekt skalstudere ulike konfigurasjoner, samt skissere ulike flytyper forde forskjellige alternativene. Prosjektet skal være ferdighøsten 2002. Dersom prosjektet blir vellykket, er planen åfå med flyprodusentene som samarbeidspartnere på etdemonstrasjonsprosjekt, som så kan ende opp i et produksjonsklart fly [Flynytt nr. 6, 2000].

3.3. SjøfartDen amerikanske marinen bygde på 1960-tallet enturbindrevet hydrogenbåt. Utviklingen av det førstebrenselcelledrevne hydrogenfartøyet ble startet da USAsubåt Thresher forsvant i 1963. Det ble da besluttet å byggeen redningsubåt og man valgte brenselceller til kraft-generering. Det første fartøyet ble levert i 1977. I dag harUS Navy to slike ubåter stående klare for rednings-operasjoner. Brenselcellesystemet med hydrogen/oksygenble valgt fordi systemet er dybdeuavhengig, kompakt ogikke slipper ut giftige avfallsstoffer. Brenselcellepakken er på30 kW. Den alkaliske brenselcellepakken har vært ioperasjon på større dyp enn 1 500 meter [IFC 2001 ].Gassene er lagret i trykktanker [Zimmermann 1997].Brenselcellenes lydløshet var ikke noen faktor underutviklingen av redningsubåtene, men på samme tid blebrenselceller vurdert for bruk i kampubåter. Svenskene såpå mulig bruk av brenselceller for bruk i ubåter i 1960, men

Figur 16Relativ drivhuseffekt ved ulikehøyder ved bruk av flyparafin(Jet-A) og hydrogen.Kilde: Daimler Benz Aerospace

NOx

H2O

CO2

0 100 200 300 400

12 km.

11 km.

10 km.

9 km.

5km.

Hydrogen

Hydrogen

Hydrogen

Hydrogen

Hydrogen

Kerosene

Kerosene

Kerosene

Kerosene

Kerosene

37

syntes bruk av hydrogen var for vanskelig, og valgte i stedetå satse på Stirlingmotor.

Tyskerne startet i 1981 et utviklingsprogram for brensel-celler, etter flere årtier med eksperimentering. I 1988 bleen ombygd German Type 205-ubåt (tidligere U1)prøvekjørt ett år med svært vellykket resultat.Konklusjonen var :- Brenselcellene kunne kjøres over maksimal ytelse - Brenselcellene var fleksible fordi de kan kobles sammen iserie eller parallelt, for lav eller høy hastighet.- Brenselcellene kan lett byttes ut (ved et tilfelle gikk encelle i stykker; det tok mannskapet under en halv time åbytte den ut).

I 1994 besluttet de å bygge fire nye ubåter av typen 212.Disse er hybrider med brenselceller og dieselmotor.Hydrogenet lagres i metallhydrid. Denne typen regnes somen overgang til rene brenselcelle-ubåter. HDWHowaldswerke-Deutche Werft i Kiel, som sto for detteprosjektet, samarbeider nå med Kanadiske Ballard om åbygge en ubåt av typen 213, en Air Independent Propulsion(AIP) som er helt basert på PEM-brenselceller og hydro-gen/oksygen. Hydrogenet skal i disse båtene lagres i metallhydridtanker [Sattler 1999].I Russland skal en også ha bygget om en dieseldrevet ubåttil brenselcelledrift. Dette skal ha skjedd i 1991[Zimmermann 1997].Maritime Hydrogen Technology Development Group(består av bl.a. California Air Resources Board og CaliforniaEnvironmental Protection Agency) i USA planlegger åbygge og integrere et hydrogendrevet maritimt transport-system. En studie gruppen har gjort for U.S. Department ofEnergy konkluderer med at hydrogen på en økonomiskmåte kan implementeres i maritim transport med mini-male investeringer i drivstoffinfrastruktur. En hydrogen-taxibåt med turbinmotor ble sjøsatt i 2001, og en brensel-cellebåt er under planlegging. Hydrogenet vil i første rekkebli lagret i lettvekts trykktanker. Målet er å operere et komplett transportsystem med fiskebåter og ferjer.I Tyskland ble Hydra, en passasjerbåt med 7,5 kW alkaliskebrenselceller og plass til 22 passasjerer, sjøsatt sommeren2000. I tillegg produseres en åpen 19 fots båt med bat-terier og 2,5 kW PEM-brenselceller for salg.På Island er det stor interesse for å konvertere landetsfiskeflåte til hydrogendrift, for på den måten spare pengerog redusere CO2-utslippene. Det er ventet at NorskHydro, Shell og DaimlerChrysler vil engasjere seg i detteprosjektet gjennom selskapet Icelandic New Energy. Islandhar noen av de billigste strømprisene i verden, og strøm-produksjonen er basert på fornybar energi. Hydrogen produsert på Island vil derfor bli langt rimeligere ennimportert olje. Ellers er det gjort flere studier på bruk avbrenselceller i skip og ubåter, bl.a. en studie av MARAD

USA i 1998 vedrørende et containerskip. I England vurder-er den engelske marinen bruk av brenselceller som alter-nativ til landstrøm. Brenselceller kan med fordel installeressom aggregat i skip for strømforsyning i havn, istedenfor desvært forurensende dieselaggregatene som i dag benyttes.Elektrifisering av skip i havn burde for øvrig være etgenerelt krav til skipsfarten.

3.4 RomfartPEM-brenselceller ble først brukt i de syv romskipene tilden amerikanske romorganisasjonen NASAs Gemini-program 1962-66.Ytelse og levetid for PEM-brenselcellenevar den gang begrenset på grunn av membranene manhadde til rådighet. Man hadde også problemer medvannhåndteringssystemet.

Alkaliske brenselceller ble benyttet i Apollo-,Apollo-Soyuz-og Skylabprogrammene. Brenselcellesystemet ble utvikletav Energy Conversions og Pratt Whitney, med hjelp av F.TBacon.Tre 28 volt kraftenheter forsynte elektrisitet til kom-mando- og servicemodulene ombord på Apollo. Hverenhet var på 1,5 kW og veide 125 kg. Brenselet var flytende hydrogen og oksygen. De tre kraftenhetene opererte parallelt. Selv om to skulle stoppe opp på grunnav problemer, kunne fremdeles romfartøyet returneretrygt. I løpet av 18 oppdrag og over 10 000 timers drift vardet aldri noe uhell med brenselcellesystemene under ferd.

I dagens romferger er det tre 12 kW brenselceller somforsyner romfergen med all elektrisk kraft ombord. Bare énav disse enheten er nødvendig for å sikre trygg landing.Vannet som produseres ved den elektrokjemiske reaksjo-nen mellom hydrogen og oksygen i brenselcellene, brukesbåde som drikke- og kjølevann. Hver kraftenhet veier 130kg og består av 96 brenselceller med elektrolytter av kaliumhydroksid. Brenselcellene i romfergene har vært idrift i rundt 80 000 timer fordelt på 98 oppdrag [IFC 2000].

Romfergene bruker også hydrogen som drivstoff til hoved-motorene (SSME) under oppskytning.

3.5 InfrastrukturI dette avsnittet vil vi presentere noen studier og under-søkelser som hevder at i en integrert løsning for energi,transport og miljø, er det nettopp hydrogen somenergibærer som er den mest attraktive og kommersieltfornuftige veien å gå allerede nå. Det er av mange hevdet

Hydrogendrevne skip vil være en svært miljøvennlig transportform i framtiden.

Dagens skipsfart har lenge hatt et slags amnesti fra miljøkrav med hensyn til luft-

utslipp. Bellona mener det må stilles krav til skipsfarten på linje med andre sektorer.

at det er mangel på en infrastruktur og høy ut-byggingskostnad som er grunnen til at hydrogen ikke eraktuell som en energibærer i nærmeste framtid. Someksempel kan det nevnes at selskapet Arthur D. Little gjen-nomførte en studie i 1992 hvor de beregnet en totalkost-nad på $ 95 milliarder for utbygging av en infrastruktur iUSA for totalt 25 millioner kjøretøyer. Dette meget over-drevne resultatet er fremdeles ofte sitert i faglitteraturen[Derby, 1998]. Lovins (1999) antyder at en infrastruktur forhydrogen kan bygges ut i USA for cirka $ 4 milliarder. Menslike konklusjoner er basert på antakelser som ikke er i trådmed dagens situasjon [Lovins, 1999].

Transportsektoren er utvilsomt den mest utfordrende nårdet gjelder "nullutslippskriteriet" for framtiden. Problemeter at sektoren består av mange små enheter med lav virkningsgrad og høye krav til praktisk rekkevidde.Framtidens kjøretøyer bør også være like driftssikre, fleksi-ble og kostnadseffektive som dagens – noe som ogsåinnebærer at forbrukeren ikke uten videre bør betale enhøyere pris for "bærekraftig mobilitet".

Innen transportsektoren er det også vurdert flere alternative løsninger for drivstoff (Borusbay og Nejat, 1989;EIA, 1994; Ogden, 1995; Ogden et al., 1998;Thomas et al.,1998a), som alle viser at hydrogen er best – ikke bare fordidet er en "nullutslippsløsning", men også fordi det bidrar tilredusert kompleksitet på kjøretøyene som anvender drivstoffet direkte, og at brenselcellene har god virknings-grad over et bredere last-spektrum. Grovt regnet antydesdet at virkningsgraden for kjøretøyene vil øke fra ca. 20 %til 40 % når man går fra konvensjonell bensin- ellerdieseldrift til hydrogen og brenselceller.

Berry (1996),Amos (1998), Padró og Putsche (1999) samtLovins (1999) har alle bidratt med kostnadsestimatertilknyttet utbygging av en hydrogeninfrastruktur. Detaljertestudier av Ogden (1999) for California, er basert på enkombinasjon av mindre dampreformerings-fyllestasjonersamt noe elektrolyse for å fremstille hydrogen fra elek-trisitet. Generelt med nåværende priser er kostnaden vedhydrogenproduksjon fra naturgass rundt en tredel av kostnaden ved elektrolyse.

Brenselcelle-buss fra MAN.(Foto: Kruse)

39

Samtidig ser man at i starten av en infrastrukturutbyggingvil man være helt avhengig av å bruke elektrolyse-fyllestasjoner for å få startet lokale infrastrukturer rundtutvalgte demonstrasjonsprosjekter. En typisk klynge i Oslo-området kunne for eksempel omfatte demoprosjekter påGardermoen, Oslo havn og Fornebu. Disse kunne såsenere kobles opp med lignende aktiviteter i Telemark ogVestfold, sentrert rundt industriaktivitetene iGrenlandsområdet.Videre har Bellona påpekt at hvis manvirkelig ønsket å utvikle et omfattende nettverk av 65hydrogen-fyllestasjoner ved 100 kilometers intervaller somkan dekke hele Sør-Norge innen 2006, så kan dette gjøresved en liten andel av dagens CO2 avgift., (se tekstboks).

Høna, egget og fyllestasjoner.

Ingen vil kjøpe en bil dersom man ikke får fylt den, og ingen vil bygge fyllestasjoner dersom detikke finnes kunder. Dette omtales ofte som et stort problem. Det er imidlertid ikke så vanskelig å løse.

Det som trengs er et nettverk av små fyllestasjoner slik at det er mulig å komme hvor somhelst i Norge med hydrogenbil. Dersom vi legger tankingspunkter med 10 mils mellomrom fraSteinkjær og sydover, har vi et fullt brukbart nettverk i Sør-Norge. Stasjonene baserer seg påelektrolyse og har en kapasitet på 100 biler i døgnet. Dette er tilstrekkelig for noen titusenbiler.Stasjonene er utviklet og kan leveres for rundt 10 mill kr (konservativt). Spørsmålet er hvor-dan vi skal finansiere dette.

I Norge betaler vi 72 øre i CO2-avgift for hver liter bensin vi fyller, og 48 øre for hver literdiesel vi fyller. Dersom vi tar 4,5 øre av denne avgiften over 5 år, ville vi ha finansiert nettver-ket som er beskrevet ovenfor. Da har vi også regnet inn en 50 % sikkerhetsmargin.

På denne måten er problemet løst. Dersom Stortinget bevilger et slikt beløp hvert år fra 2003,vil vi være klare til å gjøre investeringene når bilene er klare for allment salg. Forslagetinneholder ingen risiko da pengene ikke behøver å brukes før bilene er ferdig utviklet.

44konkurransedyktig med forurensende teknologi.Solcellemarkedet øker nå så raskt at det begynner å blimangel på egnet silisium. Tradisjonelt er solcellesilisiumhentet fra avkapp fra elektronikkindustriens silisium. Enalternativ fremstillingsmetode for solcellesilisium, som girriktig renhet med lavt energiforbruk, og som dermed vilkunne redusere produksjonskostnadene, er under utvikling.I dag er den energimessige tilbakebetalingstiden for krystallinske solceller 2-5 år, og for amorfe Si-celler 1-3 år.Målet er å kunne redusere energiforbruket ved framstillingtil en tidel av dagens forbruk. En annen måte å utnyttesolenergi på er ved bruk av soltermiske anlegg. En varmeropp en væske som driver dampturbiner eller man benytteren stirlingmotor. I Mojave-ørkenen i California har ni anleggpå til sammen 355 MW vært i drift i flere år. Den nyestedelen av dette komplekset produserer kraft til 50 øre kWh.Vindturbiner har blitt billigere og bedre. I dag er det muligå produsere vindkraft til 20-21 øre kWh på steder medgode vindforhold.I dag bor om lag 2 milliarder mennesker uten tilgang til etelektrisk nett. Her har solcelleanleggene et naturlig marked.I dag er mange tusen solcelleanlegg installert på verdens-basis. Bare i Norge finnes det over 100 000 slike anlegg,hovedsakelig på hytter og fyr.Tradisjonelt har slike systemerbrukt blybatterier for lagring av energi. Hydrogensystemerhar så langt vært for dyre. Foreløpig er blybatterierfremdeles rimelig for små anlegg, men for store anlegg, derman har behov for sesonglagring eller brenngass, kanhydrogensystemet eller kombinasjonsløsninger være interessante.Hydrogen kan spille en viktig rolle ved lagring og transportav energi fra fornybare energikilder som sol og vind. Dettevil først skje i små enkeltstående energisystemer (SAPS), ogsenere i større systemer.Brenselcelleanlegg er på full fart inn i markedet, særlig somnødstrømsanlegg. Flere hundre brenselcelleanlegg er i dag i drift rundt om i verden i alt fra små husenheter som produserer strøm og varmtvann, til anlegg i megawatt-klassen.

4.2 Stasjonære brenselcelleanleggBrenselceller har flere fordeler framfor turbiner.Høytemperatur brenselceller kan bruke naturgass ellerbiogass direkte, uten ekstern reformering av gassen tilhydrogen. Eksosen består da utelukkende av CO2 og vann,hvor vannet enkelt kan skilles ut før CO2 går til depon-ering. “Ultrabrenselceller”, som er en kombinasjon avbrenselceller og turbiner i et optimalisert nettverk, kan haen elektrisk effektivitet rundt 70-80 % [Hydrogen and fuelcell letter 1998].

Benselceller er lydsvake, og egner seg derfor svært godt tillokal kraftgenerering. Fordelen ved dette er at en kanbruke overskuddsvarme til oppvarming og varmtvann,

EnergisektorenEnergisektoren er i likhet med transportsektoren tungtbasert på fossile brensler. 85 % av verdens kommersielleenergisalg er basert på fossile energikilder.Omlag 35 000 TWh - 1/3 av verdens totale primærenergi-forbruk - benyttes til å produsere elektrisitet. 2/3 avenergien går imidlertid tapt i energiomvandlingen, så resul-tatet blir 12 000 TWh nyttbar elektrisitet.Genereringskapasiteten er i dag 3 000 GW og forventes åøke til 5 000 GW i 2020. Hvis man hadde skiftet ut alleeksisterende kraftverk med dagens mest energieffektiveteknologier uten å øke kapasiteten, ville man kunneredusere utslippene med 30 %. Dersom forbruket økersom man forventer, vil utslippene likevel øke kraftig. Hvis allbruk av kull og olje til elproduksjon erstattes med gass, kanutslippene reduseres ytterligere. Dette er verken særligrealistisk eller tilstrekkelig for å møte klimapanelets tilrådingom minst 60 % reduksjon av menneskeskapte klimagasser.En overgang til fornybar energi er derfor nødvendig, menproduksjon av solcellepaneler og vindturbiner til en slikomlegging krever energi, og vil medføre en økning i energi-forbruket i en overgangsfase.Fossil kraftproduksjon, vel og merke med en form forhåndtering av CO2 som forhindrer at den slippes ut iatmosfæren, kan være en bra måte å skaffe til veie kraft ien overgangsfase. Dersom man bruker slik “CO2-fri” fossilkraft til å produsere vindturbiner og solcellepanel, vil dettevære en fornuftig bruk av fossile hydrokarbonressurser.

4.1 Fornybar energi og hydrogen Målet er et fornybart energisystem. Potensialet er enormt.Mengden solenergi som treffer kloden i løpet av ett årutgjør om lag 15 000 ganger verdens årlige energiforbruk.Bare i det argentinske området Patagonia har man vind-ressurser til å produsere nok hydrogen til å erstatte all olje-produksjon i verden. Gamello et al. har sett på hvordanman kan utnytte vindressursene i dette området, som i dagmangler eller har svært dårlig elnett. Vindenergien kanbrukes til å produsere flytende hydrogen, som så kaneksporteres til for eksempel Japan og Europa [Gamallo etal. 2001].Områder som egner seg spesielt godt for storskalasolkraftproduksjon på grunn av høy solbestråling er vedekvator i Amerika, Sahara, Sør Afrika, Midtøsten ogAustralia. Her finnes det store områder med ensolinnstråling på opp mot 2 500 kWh/m2 per år. Nitsch etal. har kartlagt de best egnede områdene og sett på hvordan solfremstilt hydrogen kan transporteres til destore befolkningssentraene for eksempel med rør fraNord-Afrika til Europa [Winter et al 88].

Solceller og vindturbiner har hatt en svært positiv kosnads-utvikling, og prisene forventes å bli enda lavere i det nestetiåret. Mange steder er solcellepanel og vindmøller

USA står for det størsteenergiforbruket og detstørste utslippet av klima-gasser i verden. Et områdesom er halvdekket av fast-monterte, flate solcellepanelmed en virkningsgrad på 10% og med et areal på166x166 km (27 556 km2) iNevada-ørkenen, vil være noktil å tilfredsstille hele energi-forbruket i landet. Dettetilsvarer 0,4 % av tilgjengeliglandareal i USA. Ettilsvarende område forMexico vil være på 1 100km2. Hvis vi blander inn littvindenergi og geotermiskenergi vil området bli myemindre [Turner, 1999].

44

41

samtidig som både effekttap og behovet for utbygging ogforsterkning av nettet reduseres. Den elektriske effek-tiviteten er høy selv i små systemer og ved lav last. Detteer de egenskapene som skiller brenselceller mest fra andrekraftgenereringsteknologier.

Et tidlig marked for stasjonære brenselceller er nødstrøms-anlegg - backupsystemer som i tilfelle strømbrudd sikrerstrømleveranser til for eksempel sykehus, større hoteller,dataanlegg og industri, der strømbrudd kan innebære farefor menneskeliv eller store økonomiske tap. I tillegg kanhytter og campingvogner der man ønsker småskala varme-og kraftproduksjon, skape et marked tidlig i utviklingen.Foreløpig er prisen for et slikt stasjonært brenselcelleanlegghøyere enn for konkurrerende teknologier, men det erplaner om installering av et stort antall slike eneheter i denærmeste årene. En rekke produsenter, bl.a. Plug Power,HPower, Idatech, Valiant, Sulzer Hexis, m.fl. satser stort påsmå, stasjonære enheter for kombinert varme- og kraft-produksjon. Hovedsakelig vil disse første stasjonærebrenselcelleanleggene bruke naturgass og propan sombrensel. Unntaket vil være for brenselcellesystemer sominngår i et SAPS.

4.3 Enkeltstående stasjonære energisystemer(SAPS)Mange som bor på steder uten tilgang til et elektrisk nettbruker diesel-/bensinaggregat til strømforsyning. Slikeaggregat er relativt rimelige i anskaffelse, men dyre i drift,særlig dersom man inkluderer kostnadene ved transport avdrivstoffet. I tillegg forurenser de, og lager mye støy.

Et sol- og/eller vindsystem med hydrogenlager og/eller batterier vil være en langt bedre løsning. Hydrogen kansammen med elektrisitet benyttes som en høykvalitets,forurensningsfri og effektiv bærer av energi - både som drivstoff i transportsektoren og til dekking av stasjonæreenergibehov.

Mange fornybare energikilder som solkraft, tidevannskraftog vindkraft gir en ustabil energiproduksjon, og mangeganger er det et misforhold mellom produksjonstidspunktog ønsket forbrukstidspunkt. I energisystemer som erbasert på slike energikilder er det behov for energilagring.

Enkeltstående stasjonære energisystemer er spesielt inter-esante sammen med fornybar energi, på steder som ikkeer tilknyttet det elektriske nettet. Et såkalt “Stand AlonePower System” (SAPS) kan omfatte alt fra en hytte til enhel landsby eller øy.Disse systemene vil ofte bestå av både batterier ogbrenselceller slik at batteriene kan veie opp for døgn-variasjonene, og hydrogen-brenselcellesystemet forlangtidsvariasjonene. I Norge finnes som nevnt mange

tusen SAPS med solcellepanel og batterier på hytter og fyr.I større systemer og i systemer der man trenger et stortenergilager, kan det være mer lønnsomt å benytte hydro-gen til lagring av energi enn batterier. En fordel ved hydro-gen fremfor batterier er at hydrogen kan brukes som gasstil matlaging og som drivstoff til kjøretøy.

Et typisk hydrogen-/solsystem vil om dagen når solen skin-ner, levere strøm direkte. Om natten, eller ved overskyetvær, blir hydrogen som tidligere har blitt framstilt av over-skuddsenergi, matet inn i brenselcellene som produsererelektrisitet. SAPS kan komme til å utgjøre de første markedene der brenselceller taes i bruk i større skala. Deter spesielt vind- / hydrogensystemer og sol- / hydrogen-systemer som har blitt studert. En rekke sol-/hydrogensys-temer har blitt studert og testet ut i praktiske demo-nstrasjonsprosjekter - noen med varighet over flere år.Phoebus-prosjektet i Julich i Tyskland har vært i drift i 8 år.Systemet forsyner et bibliotek med strøm og varme åretrundt.Anlegget bruker en kombinasjon av batterier og hydrogensom energilager. Hydrogen brukes som langtidslager avenergi, og blir hovedsakelig produsert om sommeren.Batteriene brukes som korttidslager. Vind/hydrogen erblant annet testet ut i Stralsund i Tyskland, og i bl.a. Norgeog Argentina er det planer om flere store vind-/hydrogen-anlegg. Ved Institutt for energiteknikk på Kjeller har manutviklet en programvare som simulerer forbruk og produk-sjon i et SAPS, og som kan være et nyttig verktøy for dimen-sjonering av behovet for lagringskapasitet i slike systemer.

I overgangsfasen til et fornybart energisystem er det mulig å dekke ethvertenergibehov tilnærmet forurensningfritt ved å konvertere fossil energi til elek-trisitet og hydrogen. En del av den fossile energien må brukes til å fjerne ogdeponere den CO2-som dannes ved forbrenning.

Virkningsgrad for forskjellige strømproduksjonsteknologi

Effekt /MV

Ele

ktri

sk v

irkn

ings

grad

/%

80

70

60

50

40

30

20

10

SOFC-G og D-Kraftverk

PEMFC

SOFC/SOFC-GT G og D-Kraftverk

PAFCDampkraftverk

Fremtids-potensiale

0,1 0,5 5 10 50 100 500 1000

GassmotorGassturbin

Figur 17

4.4 CO2-fjerningBellona har i lengre tid påpekt at Norge med singeografiske plassering nær det store energimarkedet iEuropa og med sine muligheter for deponering av CO2 igeologiske formasjoner i Nordsjøbassenget, står i enenestående posisjon når det gjelder energiressurser[Bellona, 2000; SACS, 2000]. Norge eksporterer 4 % avverdens oljeforbruk, har cirka 40 % av Europas nærliggendenaturgassreserver og råder over CO2-deponerings-muligheter som tilsvarer flere hundre års utslipp fra deteuropeisk kraft- og industrimarkedet [Holloway, 1997].Det er dermed mye som tilsier at vi har gode konkurranse-fortrinn i forhold til å bli storleverandør av dekarbonisertenergi og samtidig ta hånd om europeiske CO2-utslipp fratradisjonell kraftgenerering basert på fossilt brensel.

Williams (1996), Socolow (1997) og Blok et al. (1997) erbare noen av flere forfattere som har påpekt hvilkemuligheter som ligger i dekarbonisering av fossil energi, ogen påfølgende utnytting av CO2 til bl.a. trykkstøtte i eksis-terende oljereservoarer [Holt et al., 1995]. KonseptetNorsk Hydro lanserte i april 1998 (Hydrokraft) var delvisen videreføring av slike tanker [Hustad, 2001]. Selskapetforeslo å reformere naturgass til en hydrogenrik brenngasssom kunne anvendes i konvensjonelle gassturbiner [Toddog Batista, 2000]. CO2-gassen skulle skilles ut, og selskapetvurderte å re-injisere 4 millioner tonn med CO2 til bruksom trykkstøtte i oljefeltet Grane. Størrelsen på 1 200MW og 10 TWh ga storskalafordeler, men prosjektet varulønnsomt på daværende tidspunkt. Konseptet blir imidler-tid studert og bearbeidet videre.Ordet “polygeneration” blir brukt mer og mer for åbeskrive mulighetene man kan se ved integrerte løsninger.Dette innebærer at hydrokarbonbrenselet blir dekarbon-isert og forvandlet til produkter som bl.a. kan inkluderehydrogen, syntesegass, ammoniakk, CO2, strøm og varme.Turbinene blir en kraftenhet som integreres og optimal-iseres med flere prosesser [Pacala og Socolow, 2000]. Vikan understreke at det ikke bare er naturgass som egnerseg til polygeneration.

Markedet for disse alternative produktene er i ferd med åetablere seg. Innen EU stilles det strengere krav til kvalitetpå eksisterende drivstoff, samtidig som kvaliteten på råoljenblir dårligere og oljeselskapene ønsker å benytte mer avdet som tidligere var tyngre avfallsprodukter eller “bottom-of-the-barrel”. Dette innebærer mer bruk av hydrogen iraffineringsprosessen. Videre vurderer EU også å anvendehytan (dvs. naturgass som kan være blandet med opptil 15 % hydrogen) i framtiden. Dette er to gunstige tiltak somkan bidra til å øke markedsmulighetene for hydrogen, samtgi forbedret luftkvalitet og redusere utslipp av CO2.

Det er også mer forståelse for bruk av CO2 somtrykkstøtte i aldrende oljefelt i Nordsjøbassenget. Det erinteresse både blant oljeselskap [CCP, 2001] og myndig-heter for å vurdere utbygging av en CO2-infrastruktur[Hustad, 2000], noe som ville innebære reduserte trans-port- og deponeringskostnader [Wildenborg, 2000].Denne delen representerer cirka en tredel av de totalefjerningskostnadene [Undrum et al., 2000].Kostnadsreduksjoner her kan dermed bidra til å forbedrelønnsomheten i framtidige prosjekter, samtidig som eninfrastruktur vil øke muligheten til bruk av CO2 i flerereservoarprosjekter.

4.5 ElektronikkDet er trolig som erstatning for batterier at brenselcellerførst får sitt gjennombrudd. Enkelte tror brenselceller vilerstatte batterier i løpet av en fem års tid. Overgang tilneste generasjons mobiltelefoner med bredere bånd-bredde og kraftige håndholdte datamaskiner, vil kreveenergilagre som er større enn det dagens litiumbasertebatterier kan tilby. Litiumbaserte batterier er i ferd med ånå en øvre grense for energitetthet. For elektronikk-produsentene er dette i ferd med å bli en begrensende faktor, samtidig som forbrukerne stiller stadig høyere kravtil prosessorkraft og batteritid. Brenselcellesystemer er lettere enn batterier med hensyn til lagret energimengdeper kg. Brenselceller vil kunne bli tatt i bruk i mobil-telefoner, bærbare stereoanlegg, bærbare datamaskiner,videokamera osv. Markedet her er stort, og vil kunne gigrunnlag for masseproduksjon av brenselceller. Det finnesallerede en rekke prototyper fra forskjellige leverandører,deriblant elektronikkgiganten Sony. Dette er også etmarked som aksepterer en langt høyere kostnad pr. kW-effekt enn bilindustrien og det stasjonære markedet.Brenselceller blir derfor fortere konkurransedyktige i dettemarkedet.

Bærbar elektronikk kan blide første volummarkedenefor brenselceller.

Ballard har nå begynt å leveresmå, stasjonære 1,2 kW el-brenselcellestakker til pro-dusenter av strømaggregat.Disse aggregatene vil være påmarkedet i løpet av 2002.

43

55Konklusjonen fra disse testene er at hydrogen er vanskeligå detonere i friluft, og at det er et relativt sikkert drivstoffsammenlignet med alternativene.

I 1980 foretok Lockhead Martin og Arthur D. Little to parallelle studier for NASA Lewis Research Center for åkartlegge sikkerheten dersom et hydrogenfly skulle krasje.Hydrogenflyet ble sammenlignet med et tilsvarende fly sombruker konvensjonelt drivstoff, og flyene ble utsatt forsamme situasjon.

Scenariet tok utgangspunkt i et 400-seters passasjerfly, oginkluderte krasjlanding og flystyrt. Konklusjonen var at fly-tende hydrogen gir mindre skader enn dagens flyparafin,særlig fordi hydrogen fordamper raskt, brenner fort og harliten strålevarme. I tilfeller der et hydrogenfly styrter og drivstoffet begynner å brenne, er sjansene for å overlevesannsynligvis større enn i et konvensjonelt fly [Brewer,1991].

Når nye hydrogensystemer lanseres vil mer omfattendesikkerhetssystemer bygges inn i disse, sammenlignet medeksisterende bensinsystemer.BMW 750 hl, som bruker hydrogen som drivstoff, harsoltak og vinduer som automatisk åpner seg lenge førhydrogeninnholdet inne i bilen nærmer seg 4 % [Hart,1998]. Praktiske krasjtester av disse kjøretøyene og teoretiske beregninger har vist at bilene er sikre i ulykkes-tilfeller [BMW, 2001].

Bensin har i nesten hundre år vært det foretrukne drivstoffet for privatbiler, til tross for at det stadig skjermange uhell der bensinbrann fører til at menneskeliv gårtapt.Vi er blitt vant til risikoen ved bensin, mens hydrogenhar fått et ufortjent dårlig rykte. I det følgende beskrivesnoen ulykker og områder som mange assosierer medhydrogen.

KnallgassBlandinger av luft med hydrogen kalles ofte "knallgass".Blandinger mellom 4-75 % er brennbare, og blandingermellom 18-59 % er eksplosive (Brewer, 1991).Tilsvarendeer bensin eksplosivt mellom 1,1 og 3,3 % – altså en langtlavere nedre grense enn for hydrogen.Ved de fleste ulykkerer det den nedre grensen som er av betydning. Bensin hardessuten 20 ganger større eksplosiv energi enn hydrogenper enhet [Hart, 1997]. Det har vist seg svært vanskelig åfå hydrogen til å detonere i friluft. Dette har nær sammen-heng med at hydrogen er mye lettere enn luft (14,4 ganger ) og stiger med en hastighet på rundt 20 m/s.Lekkasjesensorer, ventilasjon og andre sikkerhetssystemermå installeres der hydrogen skal brukes innendørs; f.eks.bilverksteder [Swain, 1998].

SikkerhetEnergibærere som drivstoff er per definisjon eksplosive ogbrannfarlige. Ulike typer drivstoff har imidlertid vidtforskjellige fysiske egenskaper, og må derfor behandles påforskjellige måter. Ingen drivstoffsystemer kan sies å værehelt sikre, men risikoen for uhell kan reduseres betydeligved riktig lagring, håndtering og transport.Det settes stadig spørsmålstegn ved sikkerheten rundtbruk av hydrogen i en storskala energiinfrastruktur.Bellonas oppfatning er at hydrogen ikke er noe mer ellermindre farlig enn en hvilken som helst annen energibærer.Hydrogen innehar egenskaper som på enkelte områdergjør det til en sikrere energibærer enn andre; hydrogen erikke giftig, og har evnen til rask spredning i åpne omgivelserpå grunn av lav tetthet i forhold til luft.

En hydrogenflamme brenner raskt og utstråler svært litevarme (hydrogen har kun 10 % av strålevarmen til hydro-karboner per tilsvarende energienhet). Dette innebærer aten hydrogenbrann vil gjøre betraktelig mindre skader påomgivelsene enn en bensinbrann, og dermed mindreutvikling av skadelige gasser på grunn av forbrenning av"sekundært" materiale.

Andre egenskaper ved hydrogen krever at en tar spesielleforholdsregler. Hydrogen består av små molekyler somkrever spesielle materialegenskaper ved lagring og trans-port. Hydrogen danner brennbare og eksplosive blandingermed luft over et stort blandingsområde. Disse blandingene(se tabell 5) krever lite energi for å antenne.Ventilasjon erderfor viktig der hydrogen skal brukes.

På slutten av 1950-tallet gjennomførte LockheedAerospace eksperimenter for å teste detonasjons-egenskapene til flytende hydrogen (LH2). I en serie med 61tester, hvor LH2 i termoser ble utsatt for store fysiske påkjenninger (slik som knusing av termosen med en tungvekt), oppsto det aldri detonasjon som følge av slagskaden.Kun i to av testene – der man tilsatte store mengder flytende oksygen og brukte en sterk eksplosiv utladning –klarte man å detonere hydrogenet.

Ute i friluft er det svært liten sannsynlighet for eksplosjoner, for hydrogen somlekker ut vil forsvinne fort til værs på grunn av sin letthet. Dette i motsetning til tyn-gre gasser som propan eller bensindamp, som vil samles opp nær bakken og utgjørestor eksplosjonsfare.

Tabell 5Noen sikkerhetsdata forhydrogen og andre drivstoff.

Egenskap Hydrogen Naturgass Bensin

Nedre brennverdi (MJ/kg) 120 50 44,5Selvantennelsestemperatur (°C) 585 540 228-501Flammetemperatur 2 045 1 875 2 200Antennelsesgrense i luft 4-75 5,3-15 1,0-7,6Minimum antennelsesenergi (uJ) 20 290 240Detonasjonsgrenser i luft (vol %) 18-59 6,3-13,5 1,1-3,3Teoretisk eksplosjonsenergi (kg TNT/m3 gass) 2,02 7,03 44,22Diffusjonskoeffisient i luft (cm2/s) 0,61 0,16 0,05

55

45

Bygass Bygassen som tidligere ble distribuert i rør i de fleste storebyer (bl.a. Oslo) inneholdt rundt 50 % hydrogen. Bygassenble brukt til koking, oppvarming og belysning. Bygasseninneholdt også store mengder CO, en gass som kan for-årsake surstoffmangel og påfølgende død. Bygassen blefremstilt fra kull, og er nå for en stor del erstattet mednaturgass, men fortsatt mye brukt i Kina, Sør-Afrika ogandre steder der naturgass er dyrt eller utilgjengelig(Winter et al., 1988).

Fusjon/ HydrogenbomberEn fusjon er en sammensmelting av to lette atomkjerner tilen tyngre atomkjerne. Energikilden på sola er en kontinuerlig fusjon av to deuteriumatomer (hydrogenatommed ett nøytron og ett proton i kjernen) til helium.Reaksjonen krever høyt trykk og temperaturer på flere millioner grader [Henriksen, 1993]. I en hydrogenbombeeller nøytronbombe skjer det en kjernefysisk fusjonsreak-sjon. I en hydrogenbombe bruker man litium-6-deutride[6Li2H] pakket inn i en konvensjonell atombombe for åoppnå høy nok temperatur og trykk. Det er ikke undernoen omstendighet mulig å komme i nærheten av enfusjonsreaksjon med vanlig hydrogen ved for eksempel enbilulykke eller en flystyrt.

Hindenburg-ulykkenI 1936 ble luftskipet Hindenburg ferdigstilt. Det var 245meter langt og ble drevet fram av fire 1 100-hestekreftersdieselmotorer fra Daimler-Benz, med en topphastighet på135 km/t og en rekkevidde på 14 000 km. Luftskipet haddeplass til 50 passasjerer, og inneholdt lugarer, bar, spisesal,promenade samt store vinduer og salonger.

Luftskipet gikk i regulær ruteflygning mellom Tyskland ogUSA for selskapet DELAG. Det fraktet i 1936 over 1 000passasjerer fordelt på 10 tur-retur-flygninger overAtlanterhavet. Turen tok i gjennomsnitt 65 timer mot østog 52 timer mot vest.

Kvelden 6. mai 1937 havarerte Hindenburg ved Lakehursti New York.Av totalt 97 personer om bord, mistet 35 livet.I tillegg ble én av bakkemannskapet på 200 mann drept daen motor falt ned fra luftskipet.Av de som døde hoppet 27ut av luftskipet i panikk mens det befant seg i luften. Deandre 8 omkomne døde på grunn av brannskader fra bren-nende diesel. En havarikommisjon nedsatt av Zeppelin-sel-skapet konkluderte med at noe hydrogen hadde lekket utfra de indre beholderne for deretter å ha blitt antent av engnist.

Addison Bain har i flere år foretatt grundige undersøkelser for å forsøke å kartlegge hva som egentlig var årsaken tilulykken. Konklusjonen etter blant annet å ha analysertrester av stoffet som ble brukt i duken rundt luftskipet, erat Hindenburg brant på grunn av at denne duken varekstremt brannfarlig. Brannen ble utløst av statisk elek-trisitet som følge av en konstruksjonsfeil. Hydrogengassensom ble brukt som oppdriftsgass hadde altså ingen direktemedvirkning til ulykken.Vi anbefaler Bains rapport som ertilgjengelig på Internett http://www.dwv-info.de/pm/hind-bg/hbe.htm [Bain og Schmidtchen, 2000] for en gjennom-gang av Hindenburg-ulykken.

Challenger-ulykkenDen amerikanske romorganisasjonen NASA har erfaringmed anvendelse og bruk av hydrogen siden 1960-tallet.NASA har ikke opplevd noen alvorlige ulykker i forbindelsemed hydrogen, selv om organisasjonen feilaktig bleassosiert med eksplosjonen ombord i romfergenChallenger i 1986. Challenger-ulykken skyldtes svikt vedtetningsmekanismer i fastbrenselsystemet som fungerersom hjelpemotorer i oppskytningsfasen. Ulykken haddeingenting med bruk av hydrogen i hovedmotoren (SSME)å gjøre [Hart, 1998].

Bensinbil til høyre Hydrogenbil til venstreEt bilde fra en video somsammenligner brann fra enlekksje i en bensinbil ogtilsvarende lekkasje i enhydrogenbil. Bildet er tattetter 1 min.Hydogenflammen har begyntå avta, bensinbrannen øker.Etter 100 sekunder var althydrogenet borte, kupéen varuskadd. Bensinbilen fortsatteå brenne i lang tid og bletotalskadd [Swain 2001].

Borusbay, C. og Nejat Veziroglu,T., (1989)."Hydrogen as a Fuel for Spark Ignition Engines,"Alternative Energy Sources VIII,Volume 2, Research andDevelopment, Hemisphere Publishing Corporation, NewYork, NY.Bose,T.K og Gingras, (2000). "RemovingUnnecessary Barriers through the Activities of ISO/TC197 on hydrogen technologies", Hydrogen EnergyProgress XIII, International Association for HydrogenEnergy,Vol.1.Brewer, G.D., (1991). "Hydrogen Aircraft Technology",ISBN 0849358388, CRC Press.(Se web adresse www.crcpress.com).Calstart (1999), http://www.calstart.org Cancarb, (2001). Cancarb Ltd, Medecine Hat, Alberta,Canada. (Se web område www.cancarb.com).Cheny, D. et al., (2001). "Reliable, Affordable, andEnvironmentally Sound Energy for America’s Future",National Energy Policy Development Group,Washington,DC, 16 mai. (Kan lastes ned fra internett addresse:http://www.whitehouse.gov/energy/National-Energy-Policy.pdf ).Czernik, S., (2000). "Hydrogen from Biomass byCatalytic Steam Reforming of Fast Pyrolysis Oil", PyNeNewsletter, Nr. 8, pp.6–7. (Tilgjengelig som pdf-fil fra webadresse: http://www.pyne.co.uk/pyne/files/375.pdf).Czernik, S., French, R., Feik, C. og Chornet, E.,(2001). "Production of Hydrogen from Biomass-DerivedLiquids ", Proceedings of the 2001 DOE HydrogenProgram Review, NREL/CP-570-30535.Derby, R., (1998). "Unleashing Fuel Cells Holy Grail",Fuel Cells Bulletin,Vol.1, No.3, pp.6–8, desember.Dillion, (1999). "Carbon nanotube materials for hydro-gen storage", Proceedings of the 1999 DOE HydrogenProgram Review.DOE 15.01.2001 Record Run by Solid Oxide Fuel CellComes To Successful Conclusionhttp://www.fe.doe.gov/techline/tl_fuelcell_netherlands.htmlDOE, (1999). "Carbon Sequestration State of theScience: A Working Paper for Roadmapping FutureCarbon Sequestration R&D", U.S. Department of Energy,Washington, DC. (Tilgjengelig fra internett addresse:http://www.fe.doe.gov/coal_power/sequestration/.DOE, (2000) "DOE Hydrogen Program 2000"http://www.doe.gov DOE,Westinghouse to Continue Development of SolidOxide Fuel Cells, www.gnet.org/filecomponent/17424.htm EIA, (2000). "Annual Energy Outlook 2001 withProjections to 2020", Energy Information Association, U.S.Department of Energy,Washington, DC, desember.(Tilgjengelig fra internett addresse:www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/ ).

ReferanserAmos,W., (1998). "Costs of Storing and TransportingHydrogen," Rapport NREL/TP-570-25106, NationalRenewable Energy Laboratory, (220 pp., $47.00, NTISOrder No. DE 00006574).Automotive World, (2000), mars.Asada et al., (2000). "IEA Agrement Task 15", HydrogenProgressxIII IAHEAzar, C., Lindgren, K. og Anderson, B.A., (1998)."Hydrogen or Methanol in the Transportation Sector?",Department of Pysical Resource Theory, ChalmerUniversity of Technology, Gøteborg, Sweden.Bain,A. and Schmidtchen, U., (1999). "Afterglow ofa Myth:Why and How the Hindenburg Burnt" (Se htmladresse: http://www.dwv-info.de/pm/pe00hb.htm ).Bansal,A., Beach, J., Collins, R., Khaselev, O. ogTurner, J.A., (1999). "Photoelectrochemical BasedDirect Conversion Systems for Hydrogen Production",National Renewable Energy Laboratory. Proceedings ofthe 2000 DOE Hydrogen Program Review, (Kan lastesned som pdf-fil fra web addresse:http://www.eren.doe.gov/hydrogen/pdfs/26938f.pdf).Bauen & Hart, 1999. Assessment of the environmentalbenefits of transport and stationary fuel cell. Journal ofPower Sources 86 (2000) 482-494Benemann, (1998). "Prosess analysis and economics ofBiophotolysis of Water", IEA Technical Report.Berry, G., (1996). "Hydrogen as a Transportation Fuel:Costs and Benefits," Lawrence Livermore Laboratory,UCRL-ID-123465, mars 1997.Blok, K.,Williams, R., Katofsky, R. og Hendriks, C.(1997). "Hydrogen Production from Natural Gas,Sequestration of Recovered CO2 in Depleted Gas Wellsand Enhanced Natural Gas Recovery," InternationalJournal of Hydrogen Energy,Vol.22, No.2/3, pp.161–168.BMW (2000). Se web adresse http://www.bmw.com/BMW (2001). "Powered by BMW with Sun and Water",BMW Group.Boeing (2000 ). Privat Notat til Bellona fra Boeing.Brady, J.E., (2000). "Generell kjemi", ISBN 8251915791,Tapir forlag,Trondheim.Bromberg, L., Rabinovich,A.,Alexeev, N. andCohn, D.R., (1999). "Plasma Catalytic Reforming ofMethane", Paper PSFC/JA-99-JA-16, MIT, Cambridge, MA.(Tilgjengelig som pdf-fil fra web adresse:http://www.pfc.mit.edu/library/99ja/99ja016_full.pdf).Bromberg, L. et al., (1999a). "System Optimizationand Cost Analysis of Plasma Catalytic Reforming ofHydrocarbons ", Paper PSFC/JA-99-JA-17, MIT,Cambridge, MA. (Tilgjengelig som pdf-fil fra web adresse:http://www.pfc.mit.edu/library/99ja/99ja017_full.pdf).Blomen, L. J. M. J. og Mugerwa, M.N., (1994). "FuelCell Systems", ISBN 0306441586, Kluwer AcademicPublishers, Nederland.

47

EIA, (1994). "Alternatives to Traditional TransportationFuels: An Overview", Rapport DOE/EIA-0585/O, EnergyInformation Association, U.S. Department of Energy,Washington, DC, juni.Gardner, F.J., (2000). "SOFC Technology Developmentat Rolls-Royce", Rolls-Royce Strategic Research Centre.George, R., (2000) "Status of Tubular SOFC Field UnitDemonstration", Siemens Westinghouse Power Corp.,USA.Ford (1998). "Fords R&D on direct hydrogen fuel cellssystems", EVS-15.Friedlmeyer, G., (2000). "Test experiences with theDaimlerChrysler Hydrogen- Fueled Fuel Cell ElectricVehicle NECAR 4" Hydrogen energy progress XIII:International association for hydrogen energy vol 2.Ercegovic, D.B., (2000), "Hydrogendrevne fly" Flynyttmagasin nr 6, nov 2000. (se web adresse http://www.fly-nytt.no/sider/nr-6-00.asp )Fox, J. og Cramer, D., (1997). "Hypercars: A Market-Oriented Approach to Meeting Life Cycle andEnvironmental Goal", Society of Automotive Engineers(SAE), Paper No. 971096, Rapport #T97-5, RockyMountain Institute, Old Snowmass, CL.Gamallo, F., (2001) "Patagonian wind exported as liq-uid hydrogen". Proceedings from Hypothesis IV,Vol.1,Stralsund,Tyskland, sept 2001.Gaudernack (1998), B. "Hydrogen", Elektro nr 1 ogbrev av 29.5.1998 til BellonaGodfrey, R.B.(2000), "Planar SOFC:The AustralianExperience and Outlook", Ceramic Fuel Cells Limited,Australia. Regenerative Fuelcellsystems R&D MitiliskyLawerece Livermore National Laboratory.Haluska, M. et al., (2001). "Hydrogen Storage inSingle Walled Carbon Nanotubes", Proceedings from 8thEuropean Conference on Solid State Chemistry, Oslo,Norge, juli 2001.Harries, J.E., Brindley, H.E., Sagoo, P.J. ogBantges, R.J., (2001). "Increases in Greenhouse ForcingInferred from the Outgoing Longwave Radiation Spectraof the Earth in 1970 and 1997", vol.410, pp.355–357,Nature, mars 2001.Hart, D., (1997). "Hydrogen Power:The commercialfuture of the ultimate fuel", ISBN 1853347604, FinancialTimes Energy Publishing, London, UK.Hart, D. og Bauen,A., (1998). "Fuel Cells: Cleanpower, clean transport, clean future", ISBN 1840830606,Financial Times Energy Publishing, London, UK.Henriksen et al., (1993). "Stråling og Helse", FysiskInstitutt, Universitetet i Oslo.Heydorn.B (1998). "Hydrogen", SRI Consulting.Hildrum, (1998). "Perspektivene for hydrogen til kraft-produksjon, industriell utvikling, i transportsektoren og tilhusholdningene". Kværner.

Hoffmann, (2000). Hydrogen & Fuel Cell Letter, april2000Holloway, S., (1997). "An Overview of the Joule IIProject;The Underground Disposal of Carbon Dioxide",Energy Conversion Management,Vol.38, Suppl.,pp.193–198.Holt,T. og Lindeberg, E., (1993). "CO2 fromIndustrial Sources as Injection Gas in Oil Reservoirs",Energy Conversion Management,Vol.34, No.9–11,pp.1189–1196.Holt,T., Jensen J. and Lindeberg, E., (1995)."Underground Storage of CO2 in Aquifers and OilReservoirs", Energy Conversion Management,Vol.36,No.6–9, pp.535–538.Hustad, C-W. og Bjønnes, G., (2000). "TheNorwegian CO2-Infrastructure Initiative:The Economicsand Socio-Economics of using CO2 for Enhanced OilRecovery in the North Sea Basin", InternationalConference on Global Carbon Management,Sequestration Control Technologies and Life CycleAnalysis,Washington, DC, 13–16 august.Hustad, C-W., (2001). "The Norwegian CO2-Infrastructure Initiative: A Feasibility Study". In Proc. FifthIntl. Conf. on GHG-Control Technologies, pp.1068–1073.Eds.Williams, D., et al., ISBN 064306672, CSIROPublishing, Australia. (Se web adresse:www.publish.csiro.au)Hustad, C-W., (2001). "Review over RecentNorwegian Studies Regarding Cost of Low CO2-EmissionPower Plant Technology". In Proc. Fifth Intl. Conf. onGHG-Control Technologies, pp.1295–1300. Eds.Williams,D., et al., ISBN 064306672, CSIRO Publishing, Australia.Hydro (1999), "Testing of Nebus in public transport inOslo and Akershus County, August 1999", Norsk Hydro11/23/1999.Hyweb (2001), http://www.hydrogen.orgIEA/FosterWheeler 1996. "Decarbonisation of FossilFuels" PH2/2 March 1996.IFC, (2001) "International Fuel Cells" Se web adressewww.ifc.com IPCC, (2001). "Special Report on Emission Scenarios",Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneve,Sveits.http://www.grida.no/climate/ipcc/emission/index.htm ).King, (2000). Journal of Power Sources,Vol 86/1-2Elsevier Klug, H., (1996). "Environmental Compatibility ofCryoplane" Daimler-Benz Aerospace, Airbus.Kofstad, P., (1992). "Uorganisk kjemi", ISBN 8251830427,Universitetsforlaget, Oslo.Lovins,A.B. og Lovins, L.H., (1997). "Climate: MakingSense and Making Money", Rocky Mountain Institute, OldSnowmass, CL. november. (Tilgjengelig fra web addresse:www.rmi.org ).

Lovins,A.B., (1999). "A Strategy for the HydrogenTransition", 10th Annual U.S. Hydrogen Meeting,Vienna,Virginia, 7–9 april. (Kan lastes ned som pdf-fil fra webaddresse: http://www.rmi.org/images/other/HC-StrategyHCTrans.pdf ).MTU, (2001), "New technologies – shaping the future"Brosjyre fra MTU.MHTX, (2001). "Manhattan Scientifics". (Se webadresse: www.mhtx.com).Miller, E. og Rocheleau, R., (2000)."Photoelectrochemical Hydrogen Production", HawaiiNatural Energy Institute. Proceedings of the 2000 DOEHydrogen Program Review, (Kan lastes ned som pdf-fil fraweb addresse:http://www.eren.doe.gov/hydrogen/pdfs/28890s.pdf).NREL, (2000). Proceedings of the 2000 DOEHydrogen Program Review, (Se web adresse:http://www.eren.doe.gov/hydrogen ).NFR, (2001). "Nye fornybare energikilder", NorgesForskningsråd, NVE.NOU (1998) "Energi- og kraftbalansen mot 2020",Norges offentlige utredninger nr 11, Statens forvaltnings-tjeneste.Nytek, (2000). "Hydrogensamfunnet", SintefEnergiforskning AS.Ogden, J. og Nitsch, J., (1993). "Solar Hydrogen:Renewable Energy – Sources for fuels and electricity",Island Press,Washington DC.Ogden, J., (1995) "Development of RefuelingInfrastructure for Hydrogen Vehicles", presentasjon vedSouth Coast Air Quality Management, CA – District FuelCell Task Force Meeting.Ogden, J., (1999). "Developing an infrastructure forhydrogen vehicles: a Southern California case study",International Journal of Hydrogen Energy,Vol.24,pp.709–730.Ogden, J., Kreutz,T. og Steinbugler, M., (1998)."Fuels for fuel cell vehicles:Vehicle design and infrastruc-ture issues.", SAE Technical Paper Series – 982500,Warrendale, PA.Opel (2000). (Se web adresse: www.opel.com ).Pacala, S. og Socolow, R., (2000). "A CarbonMitigation Initiative at Princeton University: A Proposal toBP-Amoco", Princeton University, Princeton, NJ, mars.Padró, C.E.G. og Putsche,V., (1999). "Survey of theEconomics of Hydrogen Technologies", RapportNREL/TP-570-27079, National Renewable EnergyLaboratory, september.Palm,T., Buch, C., Kruse, B. og Sauar, E., (1999)."Grønn Kraft og Varme", Bellona Rapport nr. 3.(http://www.bellona.no)

Poweronline, Largest Solid Oxide Fuel Cell toDate Passes Factory Test at Westinghouse,www.poweronline.com/industry-news/19971110-308.htm Princeton University 1997. "Fuels Decarbonizationand Carbon sequestration",http://www.princeton.edu/~ceesdoe RSWG, (1990). "Emission Scenarios: Prepared for theIPCC Response Strategies Working Group",Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneve,Sveits.SACS, (2000). "CO2 Storage in Saline Aquifers",Session at Fifth International Conference on GreenhouseGas Control Technologies, Cairns, Australia, 13–16 august.(Se også web adresse: http://www.ieagreen.org.uk/sac-shome.htm Sattler, (1999). "Journal of power sources", Elsevier Vol.86/1-2.Science, (2000). Nr 3, mars.SFT, (1998). "Vegtrafikk er den vanlegaste miljøbelast-ninga" Pressemelding fra SFT 30. juli 1998Socolow, R., (1997). "Fuels Decarbonization andCarbon Sequestration: A Report of a Workshop",PU/CEES Rapport No.302, Princeton University,Princeton, NJ. (Tilgjengelig fra internett addresse:http://www.princeton.edu/~ceesdoe ).SRI, (2001). "FuelCell Investor 2001 Conference",Strategic Research Institute,Tremont Hotel, Boston, MA,20–21 mars.Swain, (1998). "Risks Incurred by Hydrogen Escapingfrom Containers and Conduits", U.S. Department ofEnergy,Washington, DC. (Tilgjengelig fra internettaddresse:http://www.eren.doe.gov/hydrogen/pdfs/25315pp.pdf ).Swain, (2001). "Fuel Leak simulation , DOE proceedings2001", U.S. Department of Energy,Washington, DC.Swain, M.R. (1995), "Safety Analysis of High PressureGaseous Fuel Container Punctures". In Proceedings fromDOE Hydrogen Program Review.Swain, M.R., Grilliot, E.S. and Swain, M.N. (1997),"Risks Incurred by Hydrogen Escaping from Containersand Conduits". In Proceedings from DOE HydrogenProgram Review.Swain, M.R., Shriber, J. and Swain, M.N. (1998),"Comparison of Hydrogen, Natural Gas, LiquefiedPetroleum Gas, and Gasoline Leakage in a ResidentialGarage". Energy and Fuels, 12: 83-89.Sørensen, B., (2000). "Scenarier for samlet udnyttelseaf brint som energibærer i Danmarks fremtidige ener-gisystem". Bilag B til Halveisrapport, Energistyrelsen, febru-ar 2000.Weimer et al. (2000). "Termal dissociaton of methaneusing a solar coupled aerosol flow reactor", NREL.

49

Walter, K., (2001). "The Unitized Regenerative FuelCell", (http://www.illnl.gov/str/Mitlit.htm ).Thjell, P. og Lassen, K., (1999). "Solar Forcing of theNorthern Hemispheres Land Air Temperature: NewData", Report 99-9, Danish Meterological Institute,København, Danmark.Thomas, C.E., James, B.D. og Lomax, F.D., (1997)."Market Penetration Scenarios for Fuel Cell Vehicles",Directed Technologies Inc., Proceedings 8th Annual U.S.Hydrogen Association, Arlington,VA. 11–13 mars.Thomas, C.E., Kuhn, I.F., James, B.D., Lomax, F.G.og Baum, G.N., (1998). "Affordable Hydrogen SupplyPathways for Fuel Cell Vehicles", International Journal ofHydrogen Energy,Vol.23, No.6, pp.507–516, juni.Thomas, C.E., James, B.D., Lomax, F.D. og Kuhn,I.F., (1998a). "Fuel Options for the Fuel Cel Vehicle:Hydrogen, Methanol or Gasoline?", Fuel Cell ReformerConference, South Coast Air Quality ManagementDistrict, Diamond Bar, CA, november.Todd, D.M. og Battista, R.A., (2000). "DemonstratedApplicability of Hydrogen Fuel for Gas Turbines",Proceedings of Gasification 4 the Future, Noordwijk,Nederland, april.Toyota, (2001). "Hybrid Technology ",Toyota MotorCorporation.Turner, J., (1999). "Solar energy can supply all ourenergy needs", Hydrogen Electrochemistry and energeticsNTNU.Undrum, H., Bolland, O. and Aarebrot, E., (2000)."Economical Assessment of Natural Gas Fired CombinedCycle Power Plant with CO2 Capture and Sequestration",Fifth International Conference on Greenhouse GasControl Technologies, Cairns, Australia, 13–16 august.Nasjonal transportplan, (1999). Utfordringsdokument.Weiss,A.W., Heywood, J.B., Drake, E.R., Schafer,A. and AuYeung, F.F., (2000). "On the Road in 2020:A life-cycle analysis of new automobile technologies",Energy Laboratory Report No. 00-003, MassachussettsInstitute of Technology, Cambridge, MA.Westinghouse (2000), Chris Forbes, SiemensWestinghouse Power Corporation Tubular SOFC asDistributed Generation

WG1, (1996). "The Science of Climate Change:Contribution of Working Group I to the SecondAssessment Report", Intergovernmental Panel on ClimateChange, Geneve, Sveits.WG1, (2001). "Climate Change 2001:The ScientificBasis—Summary for Policymakers, Report of WorkingGroup I", Intergovernmental Panel on Climate Change,Geneve, Sveits, januar. (Kan lastes ned fra internettaddresse: http://www.ipcc.ch/pub/spm22-01.pdf )Wildenborg,T., (2000). "Cost of CO2 Sequestrationby Underground Storage", IEA-GHG R&D Program,Greenhouse Issues, No. 47, pp. 2–4, Mars.Williams, B.D., Moore,T.C., og Lovins,A.B.,(1997). "Speeding the Transition: Designing a Fuel-CellHypercar," Proceedings 8th Annual U.S. HydrogenAssociation, Arlington,VA. 11–13 mars. (RMI Publication#T97-9,Tilgjengelig fra internett addresse: www.rmi.org ).Williams, R.H. et al., (2000). "The StrategicImportance of Hydrogen as an Energy Carrier", Ch.8 –Advanced Energy Supply Technologies pp.274–329,WorldEnergy Assessment Report, United Nations DevelopmentProgramme, New York, NY.Williams, R.H., (1996). "Fuel Decarbonization for FuelCell Applications & Sequestration of the Separated CO2",Research Report No.295, Princeton University Center forEnergy & Environmental Studies, Princeton, NJ, januar.Williams, R.H., (1997). "21st Century EnergyStrategies for Natural Gas-Rich Countries" presentasjonfor Iransk Energieksperter, Gulf 2000 Energy Project,Genoa, Italia, 6-7 januar.Williams, R.H., (1999). "Hydrogen production fromcoal and coal bed methane, using byproduct CO2 forenhanced methane recovery and sequestering the CO2in the coal bed", Greenhouse Gas Control Technologies,Eliasson, B. et al., Eds., Pergamon Press, pp.799–805,Amsterdam, Nederland.Winter, C-J. og Nitsch, J, (1988). "Hydrogen as anEnergy Carrier", Springer-Verlag.Zimmermann, (1997). "Submarine Technology for the21st Century", Pasha pub.

Egenskap

Atomvekt

Tetthet(kg/m 3 )

Kokepunkt (K)Kritisk punkt (K)Frysepunkt (K)Molar masse (kg/mol)

Nedre brennverdi

Øvre brennverdi

Som Hydrogen Deuterium Tritium

gass ved STP væske ved 20.3 K faststoff ved 11 K

----

MJ/kg MJ/Nm3

kJ/mol

MJ/kg MJ/Nm3

kJ/mol

Verdi1.008 2.016 3.024

0.0899 70.8 76.0

20.2833.3014.010.002

120.2 10.76 241

142 12.71 285

Fysikalske data for hydrogen

Vedlegg 1

51

FotolisteForside - NASA

InnledningSide 4 - Bellona/Bjørnar Kruse

Kapittel 1- Side 15 - Bellona/Thomas Nilsen

Kapittel 2Side 18 - Bellona/Bjørnar Kruse Side 19 - Norsk Hydro Electrolysers Side 20 - Bellona/Bjørnar KruseSide 22 - Siemens WestinghouseSide 23 - BallardSide 25 - NASASide 28 - NASA

Kapittel 3Side 32 - Bellona/Bjørnar KruseSide 33 - Bellona/Bjørnar KruseSide 34 - Bellona/Bjørnar KruseSide 35 - Bellona/Bjørnar KruseSide 38 - Bellona/Bjørnar Kruse

Kapittel 4Side 42 - Fraunhofer ISESide 42 Ballard

Kapittel 5Side 47 DOE/ Swain