Vil bruk av hydrogen i transport produsert gjennom elektrolyse bidra til reduserte klimagassutslipp?

Abstract

Siden Europas fornybarsatsing hovedsakelig er preget av uregulerbar kraftproduksjon vil den være nødvendig å balansere. Hydrogen som energibærer kan lagre overskuddskraften og spille en viktig rolle i reduksjon av utslipp av klimagasser. Ved å konvertere overskuddskraft fra solrike og vindfulle dager til hydrogen gjennom elektrolyse, kan hydrogen lagres og brukes på et senere tidspunkt. Bruk av hydrogen via brenselceller medfører kun utslipp av vann lokalt. Utfordringer med hydrogen i dag er blant annet at totalvirkningsgraden med dagens teknologi er relativt lav, mens kostnadene er høye. Denne studien forsøker å avdekke hvorvidt bruk av hydrogen produsert via elektrolyse i transportsektoren kan bidra til reduserte klimagassutslipp. Som et ledd i analysene ble det beregnet hva kostnaden og CO₂- utslippet vil være ved å fremstille 1 kg hydrogen basert på elektrolyse i Norge og Tyskland i årene 2012 og 2030. I tillegg ble det sett på hvordan driften av elektrolysøren ville påvirke resulterende CO₂- utslipp og kostnad. Til slutt ble CO₂- utslippet fra bensin- og dieselbiler, elbiler og hydrogenbiler sammenlignet for året 2030. I studien ble det dannet to scenarier. Scenario 1 la til grunn det gjennomsnittlige CO₂- utslippet fra elektrisitetsproduksjonsmiksen fra alle land inkludert i den respektive versjonen av Balmorelmodellen ved hydrogenproduksjonen. I scenario 2 ble hydrogenproduksjonen isolert til utslippet fra elektrisitet produsert i enten Norge eller Tyskland. For alle driftsstrategiene i analysen, både for året 2012 og 2030, er kostnaden per kg hydrogen produsert lavere enn hva det antas å kunne selges til i markedet i begge land. Analysene viste at både kostnaden og CO₂- utslippet per kg hydrogen var avhengig av valg av driftsstrategi. CO₂- utslippet varierte med hvilken elektrisitetsproduksjonsmiks som ble anvendt i analysene. CO₂- utslippet ble vesentlig mye lavere i Norge ved scenario 2 enn scenario 1. I Tyskland økte CO₂- utslippet ved scenario 2 sammenlignet med scenario 1. Til slutt viste sammenligningen av de tre ulike driftsteknologiene for året 2030 at en overgang til brenselcelleteknologi i personbiler ville hatt en negativ miljøeffekt hvis scenario 1 ble lagt til grunn. Unntaket var hvis hydrogenproduksjonen ble lagt til de timene med lavest CO₂- utslipp. Hvis hydrogenproduksjonen er isolert til elektrisitet fra Tyskland har en overgang til bruk av hydrogenbiler også en negativ effekt på miljøbelastningene. Derimot viste resultatene av analysene at det var en betydelig miljøgevinst å benytte brenselcelleteknologi sammenlignet med fossile biler hvis hydrogenproduksjonen ble isolert til Norge.

The investments in new methods of power generation in Europe are mainly renewable and therefore balancing is required. Hydrogen as an energy carrier can store surplus power and play an important role in reducing emissions of greenhouse gases. Hydrogen can be conserved and used later by converting the excess power from the sun and wind through electrolysis. The use of hydrogen fuel cells only cause emission of water locally. Some of the challenges with hydrogen today is the total overall efficiency in current technologies and the high costs associated. This study attempts to reveal whether use of hydrogen produced via electrolysis can reduce greenhouse gas emissions in the transport sector. The costs and greenhouse gas emissions incurred by producing 1 kg hydrogen were estimated in Norway and Germany for the years 2012 and 2030 as a part of the analysis. Additionally, it tested how the operational strategy of the electrolyser would affect the CO₂- emissions and costs. Finally, CO₂- emissions from diesel-and gasoline cars, electric vehicles and hydrogen vehicles were compared for the year 2030. This study describes two scenarios: In scenario 1, the average CO₂- emissions from the electricity production mix of all countries were included in the analysis when producing hydrogen. In scenario 2, hydrogen production were isolated to emissions from electricity production in either Norway or Germany. For all the operating strategies, in both years, the cost per kg of hydrogen produced was lower than the assumed market price in either country. The analyses showed that both cost and CO₂- emissions per kg of hydrogen produced depended on the choice of operating strategy. CO₂- emission varied with the electricity-generating mix used in the analyses. The CO₂- emissions were significantly lower in Norway by scenario 2 than scenario 1. In Germany, the CO₂- emissions increased in scenario 2 compared to scenario 1. Considering scenario 1, the comparison of the three different operating technologies for the year 2030 showed that a transition to fuel cell technology in cars would have an environmental negative effect, except when hydrogen were produced in the hours with lowest greenhouse gas emissions. These results also applies when hydrogen production was isolated to electricity produced in Germany. On the other hand, the results of this analysis showed that there were a significant environmental benefit to use fuel cell technology rather than fossil fueled cars when hydrogen production were isolated to Norway.