Spetalens regnestykker

Elon Musk gjestet nylig konferansen Grønn omstilling i regi av Regjeringen, og gjentok sin skepsis til hydrogenbiler. Spetalen som har satset på at hydrogen er fremtidens drivtoff for transport sier han er usikker på Teslas fremtid.

En transkripsjon av Musks samtale med Samferdselsminister Solvik-Olsen finnes her.

Jeg er pro elbil (disclaimer) og vil fremheve hvorfor jeg er enig med Musk og ikke Spetalen.

Lagring av energi
I Norge har mesteparten av strømprouksjonen innebygget svært effektiv energilagring. Vannmagasiner gir oss veldig billig og stabil kraftforsyning. Deler av året må allikevel endel vann slippes forbi kraftstasjonen fordi forbruket er lavt og man må unngå flom. Når forbruket er lavt kan man lagre energi til forbruket øker, og antageligvis klare seg med noe lavere investering i selve kraftverket. Dette tror jeg er interessante regnestykker ved utbygging av nye kraftverk, og som redusere inngrep i naturen.

Effektavgift
Selv om strømmen til tider har lav pris, skal den fortsatt overføres dit hvor energien skal lagres. For lading av elbiler og hydrogenproduksjon alle andre steder enn ved kraftstasjonen vil det tilkomme effektavgift. For å redusere kostnadene til nettleie må man optimalisere effekten man bruker. En hydrogenstasjons produksjonskapasitet bestemmes av effekten. En ladestasjon uten batteri likeså, men med et stasjonært batteri kan mange av effekttoppene reduseres. Hvor mye effekt det må tas høyde for i tilførsel vil derfor variere sterkt, særlig når man vet at det kreves 2-3 ganger mer energi for å produsere hydrogen som å lade elbil for samme kjørelengde.

Fleksibilitet
Siden hydrogen ikke er en energikilde, men en energibærer så må man omdanne fra energikilde til bærer i takt med forbruk. På tidspunkter hvor det er mange bilister som fyller over et kort tidsrom, må det produseres fortløpende for å holde trykket oppe i hydrogenlageret. Dette er viktig for den ene fordelen med hydrogen som stadig holdes frem. Lading av elbil slipper denne omdanningen, men energien må lagres kjemisk i batteriet. Det tar i dag noe tid, men som Teslas superladernettverk demonstrerer (0-80% på under 30 min) behøver det ikke ta veldig lang tid. Opp til 80% nivå går det ganske raskt, og jo større kapasitet elbilbatteriet får, jo raskere kan man lade nok til å komme frem til destinasjonen.

Til sammenligning så kan energi lagret i et batteri brukes til å redusere effekttoppene. Ved å hente energi fra batteriet og strømnettet samtidig kan ladestasjonen klare seg med lavere effekt hentet over nettet. En annen fordel (om man ikke kombinerer hydrogenstasjonen med et batteri for å holde den i drift) er at batteriet vil kunne levere strøm for å lade elbiler når det er strømbrudd.

Både hydrogentanken (lageret) og batteriet har en absolutt kapasitetsbegrensning, men batteriet kan sømløst fungere sammen med kraftnettet for å lade elbiler (og helt andre formål). Dersom pågangen er så stor at batteriet ikke kan levere mer kan all tilgjengelig effekt gå rett til lading av bilene. Tømmes hydrogenanken vil ingen få fylle før stasjonen har klart å produsere nok til at fylling kan fortsette.

Det er også en annen viktig forskjell på elbiler og hydrogenbiler. Elbilene kan alltids lade på en stikkontakt om den er langt fra nærmeste hurtigladestasjon, mens hydrogenbilen er helt avhengig av å legge kjøreturen dit det finnes hydrogenstasjoner. Det skal bygges ganske mange hydrogenstasjoner før den forskjellen er utlignet.

Pris på batterier og hydrogenproduksjon og lagring
Prisen på batterier faller fordi produksjon av dem blir mer effektiv. Det reduseres hvor mye man trenger av lithium og andre mineraler som kreves for å lage dem, og for eksempel Tesla bygger en batterifabrikk med egen fornybar energiproduksjon. Produksjon av batterier krever mye energi så rimelig tilgang er viktig for å senke prisen. I dag ligger prisen på ca 200 USD per kWt kapasitet. Sammenligner vi det med prisen på en elektrolysestasjon til 25 millioner kroner kan man få et batteri med kapasitet på 15000 kWt. Det er nok til å levere strøm for å kjøre rundt 67000 km med elbil. Teslas mål med batterifabrikken er å senke prisen til ca 100 USD per kWt. Det forskes intenst på ulike type batterier, så det vil ikke overraske om det kan komme ytterligere forbedringer på pris og kapasitet.

Effektiviteten i energilagringsprosssen avgjør hvor mye man får solgt videre.
Å selge energi for transportformål bør ta hensyn til energiforbruk både av økonomiske og miljømessige grunner. Er det stort svinn i prosessen vil prisen gå opp sammen med økte miljømessige konsekvenser. Selv om fornybar energi er bedre enn fossil energi, betyr det ikke at vi bør kjøre et løp hvor det må bygges ut mye mer enn nødvendig.

Vedlikeholdskostnader
Et batteri krever svært lite vedlikehold og kan fjernovervåkes. En hydrogenstasjon er ganske komplisert, og vil nok ha høyere driftskostnader enn en ladestasjon. Økt kompleksitet øker også faren for nedetid.

Sikkerhet
Ulykkesrisikoen er moderat, og om det skulle bli brann kreves det kun vann for å slukke den. Batteribranner utvikler seg ganske sakte så evakuering er uproblematisk.

En hydrogenlekkasje er innebærer derimot risiko for kraftig eksplosjon.
Hvilke regler som vil gjelde for næringsvirksomhet og hydrogentanker kjenner jeg ikke så godt, men jeg kjenner jeg er litt skeptisk.

Er hydrogen et nullutslippsdrivstoff for biler?

I de siste har bilen som har vært under evig lansering de siste 20 år blitt lansert i form av biler som kan bestilles. Man kan fortsatt ikke kjøpe dem. Toyota, Huyndai og Honda starter opp med småskala produksjon, og ser for seg et forsiktig økning mot 2020. Hydrogenbilen har derfor svært lite å bidra med for å redusere klimautslipp og lokal forurensning på kort sikt. Det er viktig å huske på at ingen bil vil være miljøvennlig, bare ulike grader av forurensende.

Først noen fakta:

• De hydrogenbilene som nå er lansert bruker ca 100 gr hydrogen per mil. Dette er tall fra fabrikanten, noen som ofte avviker uavhengig av drivstoff. i praksis har alle biler høyere forbruk enn fabrikktallene.
• Vann inneholder 112 gr hydrogen per kilo, og er intuitivt lett tilgjengelig hydrogenkilde (i Norge og nabolandene).
• Hydrogen er IKKE en energikilde, men en energibærer. 
• Hydrogen er det grunnstoffet det finnes mest av i universet, men det finnes ikke i naturlig form å jorden.

For at hydrogen skal være et godt miljømessig alternativt drivstoff må vel hydrogenproduksjon også være det. Det kommer an på hvilken opprinnelse hydrogenet har og produksjonsmetode, men i alle tilfeller er det sider ved dette som er uheldige.

Det aller meste av hydrogen som produseres i dag lages av naturgass med CO2 som biprodukt. Det vil åpenbart ikke være et godt alternativ som løsning på klimaproblemet. Man løser noen lokale forurensningsproblemer, men ikke klimautslipp. Å lage hydrogen fra naturgass er ganske rimelig, og kan dermed bli kilden som blir foretrukket på grunn av økonomi.

Man kan også produsere hydrogen ved å splitte vann ved elektrolyse. Det er er langt mer energikrevende og dyrere enn å produsere fra naturgass. Prisen på hydrogendrivstoff blir omtrent som diesel. Dette er ganske godt kjent blant dem som har fulgt med på hydrogenbiler en stund. Fra kraftverk til hjul brukes det 76% mer energi enn elbiler, med tall fra Norsk Hydrogenforum. (Det brukes 55 kWt til å lage 1 kg hydrogen, 10 mil rekkevidde. En Tesla kjører 27 mil på samme energi. Mindre elbiler kjører enda lengre.) *

Det som ikke har vært så godt belyst er, innlysende egentlig, så må det vann til for å produsere hydrogen fra vann. Rent kjemisk så er det ca 112 gr hydrogen per kg vann. Det vil altså kreve ca 9 l vann for å produsere 1 kg hydrogen, nok til å kjøre 10 mil (antagelig mindre i praksis). I Norge har vi god tilgang på vann, og fornybar energi. Det er imidlertid slik at mange steder i verden er vann og energi ressurser som det er knapphet på, og som det er konflikter om.

Universitet i Texas kom med en  rapport hvor det sies at det går med 30 l vann per kjørte kilometer når man bruker hydrogen produsert ved elektrolyse. Det høres veldig høyt ut. Tony Seba refererte nylig til denne rapporten ved klimaforhandlingene i Paris. Dersom dette skulle medføre riktighet så snakker vi om et forbruk av vann man ikke kan tillate seg over store deler av kloden. 

Rapporten er riktignok skrevet i 2008, så det kan være at elektrolyseprosessen og brenselcellene har blitt noe forbedret siden den gang. Man kan allikevel ikke se bort fra at det kan være en god del svinn i elektrolyseprosessen. Fordampning og forurensning i vannet kan medføre at man ikke klarer å splitte hydrogen og oksygen fullstendig for alt tilført vann. Hydrogenforkjemperne med Øystein Stray Spetalen i spissen snakker ikke om problemstillinger knyttet til produksjon av hydrogen. Norsk Hydrogenforum har en grei forklaring på energiforbruk

Mange ser mot Norge som utstillingsvindu for teknologi som reduserer klimautslipp. Det vi foretar oss vil påvirke andre land. Infrastrukturen som kreves for å kunne benytte hydrogen som energibærer er svært kostbar, og sammenlignet med ladestasjoner for elbil er store forskjeller. Elbilene kan i hovedsak lade om natten med lav effekt, og det kreves kun et lite antall hurtigladestasjoner. Bilfabrikanten Tesla har bygget et ladenettverk som ikke har kostet det offentlige en krone. Elbilene er også 50% mer energieffektive enn hydrogenbilene så det totale utbyggingsbehovet for fornybar energi er mindre. I Norge er det ikke behov for å bygge ut mer fornybar energi selv om hele bilparken var elektrifisert.

Etter mitt skjønn er det uansvarlig å presentere hydrogen som drivstoff uten at man opplyser om hvordan det fremstilles. Dersom hydrogen blir utbredt som drivstoff vil det binde mange til masten. Ressurskonflikter vil kunne bli resultatet. Når vi skal finne arvtageren til fossilt drivstoff må vi velge noe som har effekt. Å gå for hydrogen uten å vite om det ikke viderefører eller skape nye problemer blir for dumt.

Edit:
Elbiler kan lades nesten over alt. Om man plasserer solpaneler i en ørken, så kan man lade der. Potensialet for enda bedre mobilitet enn biler med forbrenningsmotor er tilstede. Solpaneler har blitt veldig billig, og det bygges store anlegg i relativt fattige land. Prisen på hydrogenstasjoner og produksjonsutstyr derimot er noe helt annet. Nå er det ikke sånn at det nødvendigvis er enten eller hydrogen/elbil, men hastigheten på endring, modellutvalg og økonomisk tilgjengelighet for den teknologien som raskest kan bidra til kutt av klimagasser bør prioriteres.

Klima, tilgang på energi og vann er elementer som førte til starten på opprøret i Syria, og som vi nå kjenner konsekvensen av ved dannelsen av den Islamske state og en den største flyktningekatastrofen i moderne tid. Det er ikke tid til å tulle bort tiden. Energi er så kritisk at de som kjemper mot den Islamske staten faktisk kjøper drivstoff av sine motstandere. Solen og vinden derimot er ingen eksklusiv ressurs, og vil ikke gi grunnlag for konflikter.

* Avhengig av utemperatur vil det være noe svinn til kjøling/oppvarming inne i bilen. Brenselcellene og batteriene i en hydrogenbil krever oppvarming og kjøling. Overskuddsvarme brukes til oppvarming i de fleste moderne elbiler.

http://www.circleofblue.org/waternews/wp-content/uploads/2010/08/Webber-water-in-transportation.pdf

For know-how om hydrogen og brenselceller, les denne bloggen
http://ssj3gohan.tweakblogs.net/blog/11470/why-fuel-cell-cars-dont-work-part-1

Elbil vs hydrogendrevet elbil

De skrives og sies om at hydrogenbiler er fremtiden. Når det ruller elbiler rundt på veiene med egenskaper de aller fleste av oss bare kunne drømme om for 3 år siden lurer jeg litt på hvorfor de mener at hydrogendrevne biler skulle være så utrolig mye bedre.

I 2012 lanserte Tesla Model S, en bil som er full av ny teknologi og som er morsom å kjøre. Den er en fullverdig sedan med mye plass, faktisk mer plass enn de fleste sammenlignbare modeller. Tesla har bygget et superladernettverk som lar deg lade bilen så raskt at du i løpet av en tur på do og kjøpt noe å spise har nok energi på bilen til neste gang du bør stoppe av trafikksikkerhetsmessige grunner.

Allikevel så ser mange bilinteresserte forbi den mest interessant innovasjonen som er å se på norske veier og sier: hydrogen er fremtiden!

Hydrogendrevne biler er også elbiler, bare med et mye mer komplisert system for å levere strøm til elmotoren. En hydrogenbil må også ha batteri som kan levere nok energi til akselerasjon og oppoverbakker. Omdanning av hydrogen til elektrisitet i brenselcellen har høyt tap av energi, og lading av batteriet i bilen har samme tap som i en elbil.

Hydrogen er ikke et drivstoff, men en energibærer. Hydrogen, det stoffet det finnes mest av i universet, finnes ikke i naturlig form på jorda. Det må fremstilles og lagres under høyt trykk, og det er eksplosivt. I parkeringshus og tuneller er hydrogen en større risiko enn bensin og diesel.

Ikke finnes det hydrogenstasjoner slik at man faktisk kan kjøre dit man vil, og de er svært dyre å bygge. I tillegg så er det svært energikrevende å fremstille hydrogen fra fornybar kraft (elektrolyse av vann). Skal hydrogenet fremstilles lokalt må det 4 ganger så mye energi til som tilsvarende lading av elbiler. Hvor mange steder vil man kunne få kraftig nok energifremføring til å produsere nok hydrogen? Alternativt så vil det kreves storstilt transport av hydrogen langs veiene med lastebiler. Hydrogen har ikke så høy energitetthet, så det blir i så fall  ikke færre lastebiler langs veiene.

Den billigste måten å fremstille hydrogen på er fra naturgass. Det gir CO2 som biprodukt, og behov for transport med tankbil. Oljebransjen vil nok like tanken på at det fortsatt blir etterspørsel etter produktene deres, men miljøalibiet er fraværende.

Skal det bli noe av hydrogen som fremtiden må det investeres tungt i veldig mye infrastruktur før det finnes noe særlig etterspørsel etter hydrogen. Der elbilen kan støtte seg på det ordinære strømnettet (stikkontakten der du er) må det finnes hydrogenstasjoner om en hydrogenbil skal kunne kjøre dit.

Hvem skal finansiere en slik utbygging av hydrogen? Hvem vil kjøpe hydrogenbiler før det finnes infrastruktur? Inntil man kommer opp i større produksjonsvolumer vil hydrogenbiler være dyre og avhengig av avgiftsfritak akkurat som elbilene. Det vil også kreve tilskudd for bygging av infrastruktur. Hvis hydrogenbilene ikke løser klimautslipp er det hele bortkastet, og uansett vil det ta mye lengre tid å komme opp i et antall hydrogenbiler som har noen betydning.

For oss som har hatt elbil en stund, så er ikke tiden det tar å lade et problem. Det er ikke nødvendig å dra noe sted for å fylle, og bilen er ladet opp så mye som nødvendig (full batteri) i løpet av natten, selv på en en vanlig strømkurs. Hydrogenbilen forsøker bare å etterape fyllestasjonparadigmet uten at er noe behov for det.