Hydrogen - virkningsgrader og energikjeder

Når man miljømessig skal sammenligne hydrogen med andre drivstoff er det nyttig å foreta et energi- og utslippsregnskap for utvalgte energikjeder. På den annen side er det etter ZEROs oppfattning at hvor utslippet skjer vel så viktig som "well-to-wheel"analyser. Mer om dette her.

ZERO er kjent med en rekke "well-to-wheel"-analyser. I denne artikkelen har vi lagt vekt på å kommentere rapporten fra SINTEF "Hydrogen som energibærer - Energi- og utslippsregnskap" (oktober 2002), som ble utarbeidet for SFT og Enova SF.

Om rapporten skriver SINTEF: "Beregningene i denne studien er basert på 3 publiserte well-to-wheel analyser. Resultatene er sammenholdt og er i godt samsvar med en intern rapport fra Norsk Hydro (Norsk Hydro 2002). Tilgjengelig finnes en studie utført ved Massachusetts Institute of Technology (MIT 2000), en studie gjort av ECOTRAFFIC (Eco 2001) for det svenske Vegverket, og en rapport utarbeidet av General Motors i samarbeid med Argonne National Laboratory, British Petroleum, ExxonMobil og Shell (GM 2001). De tre forskjellige studiene er utført på tilnærmet samme måte, der energiflyten er beregnet fra energikilden utvinnes til den anvendes til sitt sluttbruk for framdrift av kjøretøy (well-to-wheel). Det er godt samsvar mellom rapportene fra MIT, GM og Norsk Hydro, mens studien fra Ecotraffic skiller seg noe fra de andre, spesielt i kjedene som omhandler brenselceller."

Det presiseres at resultatene begrenses til energikjedeanalyser, fra energikilde til sluttbruk, og ikke er en livsløpanalyse som også ville inkludert energibruk og miljøpåvirkninger knyttet til produksjon av materialer og komponenter. I studien har man sett på ulike drivstoff og drivverk, og for hydrogen er en brenselcellebil lagt til grunn.

Hovedkonklusjonen fra studien er:

"For samferdsel har hydrogen som energibærer den fordelen at utslippene er null og dermed ikke gir lokal luftforurensning. Denne fordelen må ses i sammenheng med energieffektiviteten og eventuelle utslipp tidligere i energikjeden. For flere av hydrogenkjedene er energieffektiviteten høyere enn for sammenlignbare kjeder, og ved produksjon av hydrogen fra fornybar energi eller naturgass med CO2-håndtering er utslippene null eller lave."

For mer detaljert konklusjoner og informasjon vises det til rapporten. Resultatene er vist i nedenforstående figurer, hvor ZERO for oversiktens skyld har valgt å presentere regnskapene for energieffektivitet og utslipp separat. En sammenblanding av virkningsgrader og utslipp i samme figur kan gi et uklart bilde, da de ikke er synonyme.  

Figur 1: Utslipp for energikjeder samferdsel
Kilde: SINTEF

Ikke overraskende fremgår det av figuren at et rent drivstoff som hydrogen fremstilt på en ren måte er overlegent de andre drivstoffene i beregningen.
Energieffektiviteten er også høyest for personbiler med brenselcelleteknologi hvis hydrogenet er produsert ved vannelektrolyse (elektrisitet fra vann- eller vindkraft) eller reformering av naturgass.

For hydrogenkjedene basert på naturgass viser resultatene et lite restutslipp av CO2 det kan stilles spørsmålstegn ved. Det har ikke lyktes å får en detaljert forklaring på alle årsakene. Mulige kilder kan være at man har beregnet utslipp for transport av hydrogen fra produksjon til fyllestasjon basert på konvensjonelle brensler, mens det ville være rimelig å anta at disse transportmidlene nettopp gikk på hydrogen . siden  det er snakk om flåtekjøretøy som frakter store mengder hydrogen for å forsyne hydrogenbiler.


Figur 2: Virkningsgrad for energikjeder samferdsel
Kilde: SINTEF

De andre utslippene fra samme hydrogenkjede kan skyldes at man har lagt til grunn 94 prosent effektiv produksjon av naturgass. Til dette kan det bemerkes at det ikke er en nødvendighet at den energien som er brukt på produksjonen av naturgassen forurenser. Både moderne gassutbygginger eller en mulig direkte syntesegassproduksjon fra felt, kan gi bedre effektivitet og rene energiløsninger med neglisjerbare utslipp.

Graden av CO2-fjerning . enten ved direkte hydrogenproduksjon eller indirekte via elektrisitet, spiller også inn. Igjen er det mulig å se for seg andre nivåer enn det som er lagt til grunn. Selv om man kan velge mer optimale løsninger er likevel ikke nivåene man har lagt seg på direkte urimelige med hensyn på CO2-fjerning. Det er de derimot hvis store andeler av NOx utslippene som oppgis stammer fra de nevnte anleggene. Slike anlegg vil kunne være i stand til å møte nær sagt et hvert krav innenfor de tidshorisonter det er snakk om.

Endelig kan det stilles spørsmål om man for alternativet med bruk av naturgass i kjøretøyer, tilstrekkelig har tatt inn over seg og reflektert de relativt betydelige negative erfaringene man har med utslipp av uforbrente metan med hensyn på klimaeffekt.

På den annen side er hovedresultatet i konklusjonene uansett robuste. Det er også mulige å gjøre detaljbetraktninger som ville trukket andre veien. For eksempel hvis man så på en hydrogenkjede med forbrenningsmotor, som nødvendigvis ville vist lavere energieffektivitet enn en brenselcelle, og hvor man i tilegg ville kunne fått noe NOx utslipp fra bilen.

Når det for øvrig gjelder hydrogen versus metanol og bensin har vi her også valgt å vise en figur fra Norsk Hydro (1999), som gir en illustrasjon på forskjellene i CO2-utslipp.


Figur 3: CO2 utslipp. Energikjede med CO2 deponering
Kilde: Hydro