Vetni gæti leikið stórt hlutverk í að draga úr loftmengun í umferð og iðnaði

Nokkrir bílaframleiðendur eru nú að skoða möguleika sína að þátttöku í kapphlaupinu um rafbíla sem knúnir eru vetnis-efnarafal (FCEV). Markaðshlutdeildin er lítil enn sem komið er, enda er innviðauppbygging með vetnisdælustöðvum komin skammt á veg og þykir kostnaðarsöm.

Meðal bílaframleiðenda sem komnir eru af stað með slíka vetnisbíla eru Toyota með bílinn MIrai, Hyundai með Nexo og Honda Motors er líka með sinn „Clarity Fuel Cell“ efnarafal. BMW hyggst líka gera sig gildandi í þessari tækni. Svipaða sögu má sega um ákvörðun Daimler Benz varðandi þróun vetnisknúinna trukka, sem og General Motors og Nikola. Einnig hefur Cimmins, risinn í framleiðslu dísilvéla, kynnt áætlanir um þátttöku í vetnisáætlun með Toyota, Hyundai, Daimler og Nikola, að því er fram kom í viðskiptatímariti Forbes.

Evrópusambandið og Japan hafa gefið út vetnisvegvísi og áforma stórtæka notkun vetnis í sínum orkukerfum. Vetnið má nýta í rafmagnsframleiðslu, iðnaðarferla, hitaveitu og sem orkugjafa í samgöngum. Ef vetnið er framleitt með endurnýjanlegri orku er það nánast kolefnislaust. Þar gæti Ísland hæglega nýtt sér ákveðið forskot til að framleiða „grænt“ vetni með endurnýjanlegum orkugjöfum.

Þann 30. september 2020 rann fyrsta vetnisknúna HydroFLEX tilraunalestin eftir brautarteinunum í Warwickskíri í Bretlandi.

Vetnislestir þegar komnar í notkun

Það er þó ekki bara bílaflotinn sem menn sjá fyrir sér að geti nýtt vetnið, því þróun vetnisknúinna járnbrautarlesta er komin á talsvert skrið. Slíkar járnbrautarlestir eru stundum nefndar „Hydrail“. Má þar nefna Coradia iLint lestina í Þýskalandi sem kynnt var 2016 og framleidd er af franska fyrirtækinu Alstom. Kínverjar voru samt fyrri til með akstri á vetnisknúinni lest með 380 farþega um 100 km leið í Quingdao héraði í Kína árið 2015. Þá hóf Foshan borg í Guaqngdong héraði í Suður-Kína byggingu vetnislestakerfis árið 20016 með fjárfestingu upp á 72 milljónir dollara.

Tilraunaakstur hófst með Coradia iLint lestina í Þýskalandi og Tékklandi 2017 og fyrsta vetnislestin hóf akstur með farþega 18. september 2018 á milli Buxtehude, Bremerhaven og Cuxhaven í Neðra-Saxlandi. Kemst hún 1.000 km á einni tankfyllingu. Þjóðverjar ætla sér stóra hluti í vetnisvæðingu lestakerfisins.

Þá má nefna áætlun um SmartRail í Bretlandi. Þann 30. september 2020 rann fyrsta vetnisknúna HydroFLEX tilraunalestin eftir brautarteinunum í Warwickskíri í Bretlandi. Reiknað er með að tæknin til endanlegrar smíði þessara lesta verði tilbúin 2023. Tilkynnt hefur verið um miklar fjárfestingar vegna vetnisvæðingarverkefnis Breta, bæði vegna lestakerfis og vetnisdælustöðva.

Evrópusambandið telur vetni afar mikilvægan kost í orkumálum

Vetni stendur í dag fyrir minna en 2% af orkunotkun ESB-landanna og er einkum notað við framleiðslu á plasti og áburði. Um 96% af því vetni sem framleitt er í Evrópusambandinu er framleitt með jarðgasi sem skilar umtalsverðri losun gróðurhúsalofttegunda.

Framkvæmdastjórn Evrópu­sambandsins telur hins vegar mikil tækifæri leynast í framleiðslu á „grænu“ vetni, einkum fyrir stóra trukka og flutninga á lengri leiðum eins og með járnbrautum sem kæmi þá í stað dísilknúinna ökutækja. Einnig geti það skipt miklu máli við að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda vegna áburðarframleiðslu og annarrar framleiðslu í efnaiðnaði. Þá er bent á möguleikana á að geyma orku sem framleidd er með rafmagni í vetnistönkum sem skapi aukinn sveigjanleika við miðlun á orku eftir þörfum.

Framkvæmdastjórn ESB segir að sú vetnisstefna muni hjálpa til við að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda og sé í takt við „European Green Deal“ stefnu Evrópusambandsins. Þá muni vetnis­framleiðsla líka geta orðið mikilvægt framlag fyrir þjóðir sambandsins til að vinna sig út úr kreppunni vegna COVID-19.

Stefnt á 10 milljón tonna vetnisframleiðslu í ESB fyrir árið 2030

Í vetnisstefnu ESB sem kynnt var í júlí 2020 segir m.a. að fram til 2024 muni sambandið styðja við uppsetningu á framleiðslustöðvum í ESB-ríkjunum sem rafgreina vetni sem samsvarar að minnsta kosti 6 gígawatta orku. Þar verði framleidd allt að ein milljón tonna af vetni með endurnýjanlegum orkugjöfum. Frá 2025 til 2030 verði bætt við framleiðslu á rafgreindu vetni frá endurnýjanlegum orkugjöfum upp á að minnsta kosti 40 gígawött og að framleidd verði allt að 10 milljónir tonna af „grænu“ vetni. Frá 2030 verði svo enn aukið í þessa framleiðslu í stórum stíl. Markaðssérfræðingar telja að veldisvöxtur í vetnisvæðingunni geti þúsundfaldað framleiðslu á efnarafölum og skapað eina milljón starfa. Þá muni það leiða til aukinna fjárfestinga upp á 180 til 470 milljarða evra innan Evrópusambandsríkjanna. Þýskaland dregur þar vagninn með um 20% markaðshlutdeild á heimsvísu í framleiðslu rafgreina fyrir vetnisframleiðslu. Þar eru fyrirtækin Siemens, Thyssenkrupp og Sunfire leiðandi. Kínverjar hafa þó forskot í mun ódýrari búnaði.

Afstaða Kínverja talin munu skipta sköpum

Þeir sem til þekkja telja að ef Kínverjar snúi sér að vetnisbílavæðingu af krafti, þá muni það hafa mikil áhrif á bílaframleiðendur um allan heim. Ástæða þess að horft er til Kína er stærð kínverska markaðarins og áhrif Kínverja í framleiðslu á rafbílum og öðrum bílum sem losa ekki frá sér mengandi lofttegundir. Kínverjar hafa sett markið á eina milljón vetnisbíla fyrir 2030.

Kínverjar eru þegar langöflugustu framleiðendur vetnis í heiminum og framleiða um 22 milljónir tonna af vetni á ári. Verulegur hluti af því vetni sem Kínverjar framleiða fer í framleiðslu á áburði líkt og 40% af heimsframleiðslunni á vetni.

Orkan við vetnisframleiðslu Kínverja er að mestu fengin úr kolum og olíu, enda er vetni framleitt með kolum um 20% ódýrara en að framleiða það með gasi. Þá segja Kínverjar þrisvar sinnum ódýrara að framleiða vetni með kolum en með því að rafgreina vatn með raforku frá vatnsorkuverum.

Kínverjar fara í massaframleiðslu á vetnis-efnarafölum

Kínverjar gerðu sína fyrstu áætlun um vetnis- efnarafalstæknina snemma árs 2016 og áætlun um uppbyggingu innviða vegna vetnisvæðingar bílaflotans var lögð fram á síðari hluta árs 2016. Þá var kynnt 10 ára áætlun í vetnismálum 2015 og enn var slegið í klárinn á árinu 2020 og hugmyndin var að hefja þá framleiðslu á vetnis-efnarafölum í stórum stíl.

Mynda vetnisklasa í kringum 20 borgir

Hluti af stefnumörkun Kínverja í vetnismálum er að skapa eins konar vetnisklasa með tilheyrandi innviðauppbyggingu í landinu. Samkvæmt upplýsingum á vefsíðu Cleantech Group hafa 20 borgir þegar tilkynnt þátttöku í því verkefni. Þar eru leiðandi borgirnar Chengdu, höfuðborg Sichuan héraðs, Datong, höfðuðborg Shanxi héraðs og hin nafntogaða borg Wuhan sem er höfðuðborg Hubei héraðs.

Helstu klasarnir eru sagðir vera Beijing-Tianjin Hebei, milli Beijing og Zhangjiakou. Síðan er Yangtze River delta svæðið í Shanghai Jiangsu héraði. Þar er einkum horft á vetnisvæðingu hraðflutningakerfisins og upp­byggingu á 500 vetnis­dælu­stöðvum sem átti reyndar að ljúka á árinu 2020. Dælustöðvarnar áttu að tengja allar borgir á Perl River svæðinu á milli Foshan-Ynfu, Dongguan og Guangdong.

ESB hyggst reyna að keppa við Kínverja í vetnismálum

Evrópusambandið skynjar vel mátt Kínverja í vetnisvæðingu og virðist óttast að þeir verði ráðandi á þessu sviði í framtíðinni ef marka má skrif á netmiðlinum Clean Energy Wire. Þar segir að samkeppnin á milli ESB og Kína muni verða drifkrafturinn í vetnisvæðingunni.

Er þar vitnað í orð Kobad Bhavnagri, yfirmann rannsóknarþjónustu Bloomberg NEF í kolefnislosunarmálum. Talið er að ESB sé nú um tveim til þrem árum á eftir Kínverjum í þróun vetnistækninnar. Frekari þróun miðar við að draga eins mikið úr kostnaði við framleiðslu á vetni og efnarafölum fyrir vetni og mögulegt er. Kostnaður við að framleiða „grænt“ vetni hefur þegar fallið um 30% frá árinu 2015 samkvæmt orðum markaðssérfræðinga. Alþjóða orkumálaráðið áætlar að eftirspurn eftir „grænu“ eldsneyti geti um miðja öldina numið um 50% af núverandi eftirspurn eftir jarðefnaeldsneyti.

Landsvirkjun telur mikil tækifæri liggja í vetnisframleiðslu

Ljóst er að Ísland er kjörinn vett­vangur fyrir framleiðslu og nýtingu á vetni. Stjórnendur Landsvirkjunar hafa komið auga á þetta og undirbúa nú hugsanlega vetnisvinnslu fyrirtækisins. Samkvæmt frétt Viðskiptablaðsins frá því í október hefur Landsvirkjun m.a. verið að kanna möguleika á flutningi vetnis til Rotterdam. Skrifað var undir viljayfirlýsingu um forskoðun á þeim möguleika við Allard Castelein, forstjóra Rotterdamhafnar.

Til að byrja með telur Lands­­virkjun hentugt að hefja vetnisvinnslu við Ljósafossstöð. Hafa þeir möguleikar verið kynntir fyrir sveitarstjórn Grímsnes- og Grafningshrepps. Við Ljósafoss yrði framleitt svokallað grænt eða hreint vetni, sem fæst með rafgreiningu vatns með endurnýjanlegum orkugjöfum. Slík umhverfisvæn framleiðsla á vetni er enn fátíð í heiminum, en víða er vetni unnið úr jarðgasi og markar umtalsverð kolefnisspor.

Starfsemin við Ljósafoss myndi rúmast í tæplega 700 fermetra byggingu, þar sem hægt væri að auka við framleiðslu eftir því sem eftirspurn yrði meiri, en sem dæmi gæti rafgreinir í fullri stærð notað allt að 10 MW af raforku til vetnisframleiðslu. Slík framleiðsla myndi nægja til að knýja bílaflota sem nemur a.m.k. öllum vögnum Strætó. Þá hefur líka verið bent á að vöruflutningabílar eru eingöngu um 4% íslenska bílaflotans, en beri hins vegar ábyrgð á 15% alls útblásturs sem frá bílum stafar. Mikið er því til vinnandi ef hægt er að skipta þar yfir í vetnisbíla.

Vetnisframleiðslu er auk þess auðvelt að stýra utan álagstíma á raforkukerfinu og gæti því hentað vel til að nýta umframafl sem annars fer til spillis. Þá eru vindmyllur með óstöðuga raforkuframleiðslu taldar henta sérlega vel til að framleiða vetni sem og smávirkjanir. Líklegt er að Evrópusambandið muni leggja aukna áherslu á vindmyllur í sinni vetnisframleiðslustefnu.

Ekki einhugur í bílabransanum um ágæti vetnis

Skiptar skoðanir eru í bílaheiminum um framtíð vetnisbílanna sem hafa verið í þróun allar götur síðan 1966 þegar GM Electrovan vetnisbíllinn kom fram á sjónarsviðið. Sem dæmi um efasemdirnar nefna menn að þýski bílaframleiðandinn Audi hyggist stöðva frekari þróun vetnisbíla, samkvæmt frétt þýska blaðsins De Zeit. Þá hefur Volkswagen einnig lagt vetnisáform sín til hliðar. Hins vegar hefur BMW og Daimler Benz ekki gefið vetnisbíla upp á bátinn og hefur Mercedes Benz auk þess lýst yfir áformum um að þróa vetnistæknina áfram fyrir flutningabíla og stórar rútur. Eins hyggst BMW koma með vetnisknúinn X5 jeppa á markað 2022. Þá hafa bæði GM og Honda lagt mikinn metnað í þróun vetnistækninnar. Munu þessi fyrirtæki í sameiningu leggja til tæknina fyrir nýjan vetnisknúinn trukk frá Nikola í Bandaríkjunum.

Þó Honda sé meðal leiðandi fyrirtækja í þróun efnarafals fyrir vetni, þá hefur fyrirtækið einungis selt 1.617 Clarity vetnisbíla á Bandaríkjamarkaði á fjórum árum. Honda nýtur þó stuðnings Toyota við hugmyndir um vetnisvæðingu bílaflotans, en takmarkaður fjöldi áfyllingarstöðva er enn stærsta vandamálið. Töluverður fjöldi vetnisdælustöðva hefur samt risið í norðvesturríkjum Bandaríkjanna á liðnum misserum og árum, einkum í Colarado, Oregon og Washington ríki. Áhersla er nú lögð á vetnisuppbyggingu í Texas.

Nýtt módel af vetnisknúnum Toyota Mirai kom á markað í Bandaríkjunum í byrjun desember 2020. Toyota mun reyna að laða nýja kaupendur að nýja vetnisbílnum með því að bjóða í kaupbæti með bílunum eldsneyti (vetni) sem á að duga til rúmlega 107.000 km aksturs.

Mikil reynsla hjá Toyota

Toyota er enginn nýgræðingur á þessu sviði, því fyrirtækið hefur verið að þróa sína vetnistækni í 25 ár. Yfir 6.500 Mirai bílar hafa þegar verið seldir í Bandaríkjunum af fyrstu útgáfu bílsins, en ný og breytt útfærsla kom á markað nú í byrjun desember. Nú eru um 8.900 vetnisknúnir rafbílar á götunum í Bandaríkjunum sem er langt undir áætlunum sem settar voru fram af California Fuel Cell Partnership projected árið 2017. Þá miðuðu þeir við að 53.000 vetnisbílar yrðu komnir á götuna á árinu 2020.

Vetnisknúnir bílar þykja afar vistvænir, það er að segja ef rafmagnið sem notað er til að rafgreina vetnið er fengið frá endurnýjanlegum orkulindum eins og vatnsorkuverum. Vetni er framleitt með því að kljúfa vatnssameindir í vetni og súrefni með rafmagni. Í efnarafalnum er ferlinu einfaldlega snúið við og við samruna vetnis við súrefni myndast orkan sem býr til rafmagnið. Út um púströrið kemur síðan tandurhrein vatnsgufa.

Toyota býður frítt vetni í kaupbæti til rúmlega 107 km aksturs

Toyota mun reyna að laða nýja kaupendur að vetnisbílnum Mirai á nýju ári með því að bjóða í kaupbæti með bílunum eldsneyti (vetni) fyrir 15.000 dollara sem á að duga til rúmlega 107.000 km aksturs. Það kostar um 90 dollara að fylla vetnistanka Mirai sem taka 5,6 kg af vetni.

Einn af yfirhönnuðum Toyota segir að þetta sé ekki spurningin um hvort vetnisbílar eða rafbílar með rafhlöðum muni hafa vinninginn. „Bæði rafhlöðuökutæki og vetnis­knúnir efnarafalsbílar eru framtíðin á þessu sviði.“

Kosturinn við vetnið og efna­rafalinn er að mjög fljótlegt er að setja eldsneyti á bílinn og tekur það aðeins um 5 mínútur, eða svipað og um bensínbíl væri að ræða. Drægni vetnisbílanna er líka mjög góð. Þannig er Toyota Mirai sagður komast 404 mílur, eða rúma 643 km, á einni tankafyllingu, en rétt er að tala um tanka í fleirtölu því þeir eru ekki ólíkir gasflöskum í metanknúnum bílum. Þannig eru þrír slíkir tankar í Mirai bílnum. Þá er Nexo frá Hyundai sagður komast 380 mílur, eða um 608 km á einni tankafyllingu.