Hører brint hører hjemme i biler ?

Brint kan benyttes til at gemme overskudsenergi f.eks. fra vindmøller, men pga. den lave virkningsgrad (20%) spildes der alt for meget energi hvis brinten benyttes som drivkraft i elbiler. Ved mere stationær anvendelse - f.eks. i decentrale kraftvarmeværker - kan en stor del af spildvarmen genindvindes og bruges til f.eks. fjernvarme.

Af Per Praëm - Dansk Elbil Komité (28. september 2008)

Farvandet mellem Anholt og Djursland bliver stedet, hvor Danmarks største havvindmøllepark skal opføres. Når vindmøllerne står klar i 2012, skal den levere 400 MW energivenlig strøm, hvilket svarer til 400.000 husstandes årlige elforbrug. Det er cirka dobbelt så meget som havvindmølleparkerne Rødsand II og som Horns Rev II. Afhængigt af hvor store vindmøller, der bliver sat op ved Djursland-Anholt, svarer det til i størrelsesordenen 100-175 vindmøller.

Problem: Vinden er ikke en stabil energikilde
Danmarks elforsyning består af en række centrale kulkraftværker og en del mindre decentrale kraft-varme værker. Denne elforsyning suppleres med strøm fra vindmøller og import af Svensk/Norsk vand og kernekraft. Elnettet, som det er i dag bygger på at man hele tiden tilpasser produktionen af strøm til de øjeblikkelige behov.

Hvis man jævnligt besøger energinet.dk's hjemmeside som viser den øjeblikkelige elproduktion og elforbug, kan man konstatere at Danmark om dagen, hvor vi er på arbejde, totalt forbruger omkring 5000 MW, hvorimod om natten, hvor vi sover, falder forbruget til omkring 3000 MW.

Hvis vi ikke havde kulkraftværkerne, hvor vi kan skrue ned for produktionen i nattetimerne, men hvis hovedparten af vores strøm kom fra vindmøller, kunne vi risikere at vi stod med en overproduktion af strøm. Modsat kunne vi også komme til at mangle strøm, hvis vinden pludselig løjer af - derfor ville det være rart om man kunne gemme strømmen til et senere tidspunkt.

Brint er ikke en energikilde, men en energibærer
Brint er ikke en ny energikilde, men en måde at lagre energi på. Brint giver muligheder for at lagre elektricitet, så man ikke behøver at bruge energien på det tidspunkt, hvor den produceres.

Brint kan udskilles fra vand f.eks. ved at sætte jævnspænding over 2 platinelektroder, der er neddyppet i vand iblandet noget svovlsyre. Svovlsyren vil blive i blandingen, mens gasserne O2 og H2 udskilles ved hver sin elektrode. Brint vil udskilles ved minus elektroden, da brint-ionerne H+ søger mod minus-polen og ilt vil søge mod plus-polen.

Når energien ønskes udnyttet igen, kan man enten afbrænde den ligesom fossilerne, eller også kan man føde brinten ind i en brændselscelle (sammen med ilt) og få elektrisk strøm ud af det.

Lagring af brint
Et af de helt store problemer med at bruge brint som et energilagringsmedie er, at det fylder meget, og det er eksplosivt. Derfor forskers der meget i at finde metoder, som er brugbare og ufarlige. I ukomprimeret form fylder brint alt for meget til at kunne transporteres og bruges som energikilde. Desuden er det yderst eksplosivt. Derfor er det sandsynligvis for risikabelt at transportere det i rørledninger, som man gør med naturgas.

Der er forskellige metoder, man kan bruge til at gøre brinten lettere og mindre risikabel at håndtere.

Tryktanke: Brinten kan komprimeres 200 - 300 gange og fyldes på en tryktank. Metoden er ikke særlig effektivt, fordi brinten stadig fylder meget, tankene er tunge og upraktiske, det kræver energi at komprimere brinten, og tryktankene er potentielt farlige f.eks. ved brande og sammenstød mellem biler, der bruger tryktanke

Flydende lagring: Brint kan også lagres i flydende form ved at køle den ned til 253 graders kulde. Det er energikrævende og brint i flydende form fylder betydeligt mere end benzin.

Brintatomet er så lille, så den stort set diffunderer ud gennem materialet. Sætter man bilen til langtidsparkering, kan man risikere, at der ikke er brint på tanken, når man skal hente den igen.

Brændselscellen
I brændselscellen sker der en elproduktion ved hjælp af brint og ilt. Brændselscellen fungerer populært sagt som en elektrokemisk motor. Ligesom et batteri er en brændselscelle opbygget af en elektrolyt og to elektroder. Ilt bliver så ledt til den ene elektrode og brint til den anden. Der dannes så en spændingsforskel mellem de to elektroder. Brændselsceller kan bygges sammen i store stakke, så man kan få den spænding, man ønsker. En ulempe ved brændselscellen er at kun 40-60% af den energi man putter ind blive til strøm, resten (ofte mere en halvdelen) blive til spildvarme. Fordelen er på den anden side at forbrændingsproduktet er vanddamp.

Hvorfor er det ikke smart at anvende brint i biler?

Brint er eksplosivt
For det første er Brint er eksplosivt. Et af de helt store problemer er, at brint har et meget højt energiindhold (120 kJ pr. liter) - og er enormt eksplosivt. Dette gør lagring og især transport i biler meget risikofyldt. Brinten kan opbevares under tryk (200-300 bar), og der arbejdes på at lave beholdere, der kan klare op til 400 bar. Og ikke nok med det: Brint, som er universets mindste molekyle, smutter let ud gennem bittesmå revner og sprækker; bl.a. derfor er det svært at lagre brint.

80 % af energien går tabt
For det andet: 80 % af energien går tabt på vejen fra vindmølle til elmotor. Ulf Bossel kommer i sin IEEE rapport "Does a Hydrogen Economy Make Sense?" frem til at kun et sted mellem 19 og 23% af vindmølle energien vil være tilbage når den skal drive elbilens hjul.

En anden IEEE rapport af Mazza og Hammerschlag "Wind-to-wheel Energy Assessment" sammen ligner man forskellige måder at udnytte 100 MJ (27,8 kWh) vindmøllestrøm i køretøjer. Her kommer man frem til følgende resultat:

- Laver man brint og brænder den af i en forbrændingsmotor rækker energien til 22 km.

- Laver man brint og bruger den i en elbil med brændselscelle kører man 42 km.

- Laves der trykluft af strømmen og bruges den i en trykluft drevet bil er resultatet 46 km.

- Bruger man strømmen til at lade Li-ion batterier op i en elbil kan man køre hele 133 km.

Mine egne beregninger på Københavns Kommunes Brintbiler viser at de brint biler som Link2009 projektet forslår kommer helt ned på 19,3 %

Brug i stedet overskuds-el i decentrale brintdrevne kraftvarmeværker
Brint kan godt bruges til at opbevare overskuds-el fra vindmøllerne, men så længe vi ikke har uanede mængder af overskudsstrøm, så har vi ikke råd til at smide 4/5 af energien væk undervejs i form af varmetab - som de vil ske i en brintdrevet elbil. Vi skal være mere smarte og bruge brinten stationært og ikke kørende på 4 hjul, hvor vi ikke kan gøre andet en at overføre spildvarmen til luften uden om bilen.

Forstiller man sig en ny form for kraft varmeværk, som modtager strøm fra vindmøllerne, når der er overskud. Her benyttes strømmen til at spalte vand til ilt og brint. Den fremstillede brint sendes til et lager bestående af en række tryktanke. Spildvarmen som fremkommer ved elektrolysen og komprimeringen af brinten kan f.eks. sendes ud til beboelser i form af fjernvarme.

Når det en dag ikke blæser, har kraftvarmeværket en række brændselsceller stående, hvorved der ved hjælp af brint fra lagerbeholderne, kan laves strøm og sendes ud på nettet til erstatning for den manglende vindmøllestrøm. Samtidig kan de 50 % spildvarme brændselscellerne laver udnyttes til fjernvarme.

På den måde opnår vi at en stor del af spildvarmen ikke går tabt, samtidig med at sikkerheden på vores veje bliver meget bedre, da vi undgå disse kørende højeksplosive "bomber" i form af brinttryktanke med 300-700 atmosfæres tryk.

Vindmøllestrøm i transportsektoren bør ske via elbiler med lithium-ion batterier - For 1½ - 2 år siden var formålet med brændselscelleteknologien i transportsektoren at undgå at investere i batteridrevne elbiler. Det er i dag helt ændret. Brint og brændselsceller til biler er på retræte og og interessen for plug-in og batteridrevne elbiler er stærkt stigende.