Forskere: Den grønne omstilling lykkes kun, hvis der forskes mere i power-to-x

KRONIK: Power-to-x er en forudsætning for den grønne omstilling globalt og kan blive Danmarks næste store eksporteventyr. Men det kræver en større satsning på forskning og industrialisering, mener forskere fra DTU og Haldor Topsøe.

Af Jens Kehlet Nørskov, Kathrine Bjerregaard Nielsen og Poul Georg Moses
Hhv. professor i fysik og leder af Catalysis Theory Center, DTU; centerkoordinator, Catalysis Theory Center, DTU; og senior R&D director, Haldor Topsøe

Regeringen og Folketinget har sat power-to-x på den grønne dagsorden i klimaaftalen – med god grund. For power-to-x er det eneste gode bud på at løse nogle af de grundlæggende problemer ved at omstille samfundet til grøn strøm fra vindmøller og solceller.

Vi er dog ikke helt i mål endnu, for teknologien er endnu for dyr til at gøre omstillingen nogenlunde rentabel. Løsningen på den udfordring hedder forskning og industrialisering i form af opskalering af anlæg i stadig større format.

Klimaforandringerne tvinger os til en hurtig grøn omstilling, hvor vi skal erstatte hovedparten af vores fossile energiforbrug med CO2-neutral energi. I Danmark er løsningen først og fremmest elektricitet fra vindmøller og i stigende grad også solceller, men der følger udfordringer med denne løsning.

Dels er mængden af strøm fra vindmøller og solceller varierende. Når vinden ikke blæser, og solen ikke skinner, kommer vi i energimæssigt underskud. Og dels kan vi ikke umiddelbart bruge elektricitet i alle de sammenhænge, hvor vi i dag bruger fossile brændstoffer.

Mens private biler, tog, opvarmning og mange industrielle processer ret let kan køre på elektricitet, er det i dag ikke muligt med store CO2-udledere som flytrafik, skibsfart, langdistancelastvogne og den energiintensive industri inden for eksempelvis kemi, stål og cement.

Nemt at lagre
Power-to-x løser begge udfordringer. Teknologien omdanner den varierende mængde grønne strøm til flydende, CO2-neutrale brændstoffer, som, i modsætning til strømmen, let og forholdsvis billigt kan lagres. Desuden kan disse brændstoffer bruges fuldstændig, som vi kender det fra fossile brændstoffer, og dermed også i tung transport og den energiintensive industri.

Når power-to-x løser disse afgørende problemer i den grønne omstilling, forstår man politikernes trang til at komme i gang. For vi har travlt. Men power-to-x er (endnu) ikke en optimal teknologi – den er nemlig for dyr. Det kan der dog gøres noget ved.

Et power-to-x-anlæg består af en elektrolysedel, der kombineres med en af flere kemiske produktionsprocesser. Den afgørende faktor for prisen er omkostningerne ved elektrolysen.
Rentabel power-to-x kræver derfor, at prisen på elektrolyse bringes ned, hvilket afhænger af to tiltag: industrialisering drevet af et langt større forbrug af brændstoffer produceret ved hjælp af power-to-x, så produktionen kommer op i industriel størrelse, samt en betydelig forbedring af effektiviteten i elektrolyse-processen. 

Forbruget af power-to-x-brændstoffer kan øges med politiske virkemidler, for eksempel CO2-afgifter (globalt eller i EU) eller afgiftsfritagelser kombineret med krav om iblanding i fossile brændstoffer. Indført på den rigtige måde kan disse virkemidler drive industrialiseringen af elektrolyse fremad og sikre investeringen i specielt de første, mindre anlæg, men de øger ikke nødvendigvis effektiviteten.

Effektiviteten afgøres af, hvor effektivt elektrolysen omdanner strøm til brint. Effektiviteten og prisen på strøm afgør tilsammen, om brint fra elektrolyse (power-to-x) kan konkurrere med brint fra naturgas (fossilt).

Elektrolyseteknologi skal være mere effektiv
De elektrolyse-teknologier, der i dag kan købes i stor skala, bruger cirka 5,0 kilowatttimer strøm til at producere en kubikmeter brint.

Hvis man forestillede sig, at et sådant anlæg var gratis, og det eneste, man skulle betale for, var elektriciteten, så skal strømmen koste så lidt som 25 øre per kilowatttime, før prisen på den producerede brint er på niveau med prisen på brint fra europæisk naturgas.

For at sætte det i perspektiv ligger prisen på strøm i Danmark i dag på 30 øre per kilowatttime uden afgifter og transportomkostninger. Givet at vi ikke har inkluderet afskrivningen af anlægget, bliver det med andre ord urealistisk svært at konkurrere med brint fra naturgas, medmindre elektrolyseteknologien bliver markant mere effektiv.

En mere effektiv teknologi findes allerede, men er endnu ikke udviklet til industrielt niveau. Såkaldt højtemperaturelektrolyse bruger cirka 3,8 kilowatttimer til at producere en kubikmeter brint – markant mindre end den teknologi, der er udbredt i dag. Den høje effektivitet betyder, at den producerede brint bliver konkurrencedygtig målt alene på strømprisen allerede ved 35 øre per kilowattime.

Eksporteventyr på niveau med vindmøller
Øget effektivitet gør power-to-x til en rentabel løsning, ikke kun i grønne foregangslande som Danmark, men også i resten af verden. Det er afgørende for, at de mest befolkningsrige lande får mulighed for at adoptere teknologien, og dermed at vi for alvor får reduceret CO2-udslippet på globalt plan.

Det betyder også, at en danskudviklet, mere effektiv elektrolyseteknologi kan blive grundlaget for et globalt eksporteventyr på niveau med, hvad vi har oplevet med vindmøller.

For lavtemperaturelektrolyse, som er den mest udbredte i dag, er det afgørende for øget effektivitet at finde mere effektive katalysatorer, som er de materialer, der hjælper omdannelsen af elektricitet og vand til brint. Her skal der grundlæggende forskning i materialeegenskaber til. Et alternativ er højtemperaturelektrolyse, hvor Haldor Topsøe er førende. Teknologien er som nævnt mere effektiv end de nuværende teknologier, men der skal forskning og udvikling til, før denne teknologi er klar til brug på et industrielt niveau.

Der er også muligheder i andre fremtidige elektrolyseteknologier, men de kræver ligeledes en betydelig forsknings- og udviklingsindsats.

Ikke rentabelt uden forskning
På den helt lange bane er det også muligt at forestille sig, at man direkte ved hjælp af elektrokemi kan danne brændsler eller kemikalier. Disse stoffer har en højere værdi end den brint, som elektrolyse af vand producerer, og kravene til effektiviteten er derfor mindre. Her er de kendte katalysatorer dog endnu længere fra at være effektive end for vandelektrolysen, og således er forskning og udvikling helt afgørende.

Uden en voldsom satsning på forskning og industrialisering bliver power-to-x ikke rentabel i forhold til fossile brændstoffer. Hvis det er tilfældet, bliver Danmarks grønne satsning isoleret og vil få en meget begrænset global effekt.

Hvis vi derimod tager beslutningen om at satse benhårdt på forskning og industrialisering, har Danmark alle forudsætninger for at gøre power-to-x til en grundsten i den grønne omstilling såvel som et nyt eksporteventyr. Vi har, hvad der skal til: fremragende forskningsgrupper ved flere danske universiteter med gode internationale forsknings- og industrisamarbejder og stærke virksomheder inden for vind, elektrolyse og produktion af brændstoffer.

Lykkes det at skabe de nødvendige videnskabelige gennembrud for power-to-x, vil det gøre en afgørende forskel for at nå målet om 70 procent mindre udledning af drivhusgasser. Ikke bare i Danmark, men globalt.

Forrige artikel Miljømærkning Danmark: Svanemærket er også en garanti for klimavenlighed Miljømærkning Danmark: Svanemærket er også en garanti for klimavenlighed Næste artikel Aktører: Bygninger skal også tænke sig om, hvis vi skal spare nok på energien Aktører: Bygninger skal også tænke sig om, hvis vi skal spare nok på energien