Morgunblaðið - 27.03.1997, Page 26

MORGUNBLAÐIÐ
26 D FIMMTUDAGUR 27. MARZ 1997
-i."'— ■■■...... .. ■■■■—■■ »ii ■■■■
SKOÐUN
VETNIOG
METANÓL
Nokkur atriði varðandi notkun innlendra orkulinda til að
framleiða eldsneyti sem komið gæti í stað innfluttrar olíu
Á ALÞINGI íslendinga, því sem
nú stendur yfir, hefur komið fram
þingsályktunartillaga um mögulega
framleiðslu eldsneytis, úr innlend-
um orkulindum og innlendu hrá-
efni, og hugsanlega notkun þess í
stað innfluttrar olíu. Þingsályktun-
artillagan er á þessa leið: „Alþingi
ályktar að fela umhverfisráðherra
að láta kanna möguleika þess að
vélar íslenskra fiskiskipa verði
knúnar vetni í stað olíu.“
Þá hafa að undanförnu einnig
orðið nokkrar umræður um það, að
í stað þess að huga að vetnisfram-
leiðslu, sé mun álitlegra að athuga
"i'frekar framleiðslu metanóls, úr
vetni og koltvíoxíði. Metanólið megi
auðveldlega nota, í stað bensíns og
olíu, til að knýja bíla og skip Islend-
inga.
Virðist sem margir álíti að hér
sé um að ræða tvo ólíka möguleika,
til að framleiða á íslandi eldsneyti,
úr innlendri orku og innlendu hrá-
efni. Svo er hins vegar ekki. Báðir
snúast þessir möguleikar um eitt
og sama málið og verða því vart
aðskildir, þegar athuguð er hugsan-
.leg eldsneytisframleiðsla á íslandi.
Verður reynt að skýra það hér á
eftir.
Framleiðsla eldsneytis
á Islandi
Framleiðsla vetnis og metanóls
eru aðeins tvær aðferðir til að
breyta orku fallvatna í eldsneyti,
þannig að unnt sé að geyma hana
og nota, í skipum og öðrum farar-
tækjum, í stað olíu.
Fýrsta skrefið er að nota raforku
til að kljúfa vatn og framleiða þann-
ig vetni (H?) ásamt súrefni (0).
Þessi framleiðslutækni er vel þekkt
á íslandi, því allt frá árinu 1952
hafa verið framleidd 2000 tonn af
vetni á ári, í Áburðarverksmiðjunni
í Gufunesi. Framleiðslukostnaður
vetnis, sem fall af raforkuverði og
verksmiðjustærð er vel þekktur, en
raforkuverðið er um það bil helm-
ingurinn af framleiðslukostnaði
vetnisgass. Sé raforkuverð t.d. 18
mills (0,018 Bandaríkjadalir) hver
kílówattstund, mun vetnisgas vera
rúmlega tvöfalt dýrara eldsneyti en
, olía. Lægra raforkuverð þýðir að
j sjálfsögðu minni framleiðslukostn-
j að vetnisins.
Metanólframleiðsla er einnig vel
þekkt og ekki fyrirsjáanleg nein
vandkvæði á að hefja slíka fram-
leiðslu á íslandi hvenær sem slíkt
þætti heppilegt. í raun eru ofnar,
nil að framleiða metanól, af svip-
aðri gerð og ammoníakofn Áburðar-
verksmiðjunnar í Gufunesi. Helsti
munurinn á framleiðslu ammoníaks
úr vetni og köfnunarefni annars
vegar og framleiðslu metanóls úr
vetni og kolmonoxíði hins vegar
liggur einkum í því, að notaðir eru
mismunandi hvatar. Til að fram-
leiða metanól, eins og það yrði gert
á íslandi, þarf vetni og kolmonoxíð
(OO).
Vetnið fengist, eins og áður seg-
ir, á þann hátt að kljúfa vatn með
«, raforku. Kolmonoxíð má fá úr ýms-
um kolefnissamböndum. í Járn-
f blendiverksmiðjunni á Grundar-
tanga myndast, við framleiðslu kís-
1 iljárns, umtalsvert magn af kolm-
I onoxíði, sem síðan breytist í koltví-
| oxíð, áður en það fer út í andrúms-
1 loftið. Ef unnt væri að loka ofnum
: verksmiðjunnar er hugsanlegt að
» þar megi fá nægilegt kolmonoxíð,
sem ásamt vetni gæti
nægt til að framleiða
um 45.000 tonn af
metanóli árlega, en það
jafngildir um 23.000
tonnum af olíu. Þá er
hugsanlegt að nota líf-
rænt sorp og hvers kon-
ar lífmassa, t.d. lúpínu,
til að framleiða kolm-
onoxíð.
En það er einnig
hægt að framleiða met-
anól úr vetni og
koltvíoxíði (C02). Um
þann möguleika hefur
mest verið rætt að und-
anförnu, í tengslum við
hugsanlega metanól-
framleiðslu á íslandi. Koltvíoxíð
má vinna í miklu magni víða hér á
landi, t.d. á háhitasvæðum lands-
ins, í Álverinu í Straumsvík og í
Sementsverksmiðjunni á Akranesi.
Koltvioxíðnámur virðast því nægar
í landinu.
Verði eitthvað af því koltvíoxíði,
sem nú streymir út í andrúmsloftið
á íslandi og veldur gróðurhúsa-
áhrifum, bundið í metanóli og met-
anólinu síðan brennt í stað olíu,
mundi það að sjálfsögðu eftir sem
áður enda sem gróðurhúsaloftteg-
und. Útstreymi gróðurhúsaloftteg-
unda frá íslandi mundi þó minnka
mikið ef þetta metanól kæmi í stað
olíu, eða sem svarar 700.000 tonn-
um af koltvíoxíði á ári, ef fiskiskipa-
flotinn allur brenndi metanóli.
Ókostur þess að vinna metanól
úr vetni og koltvíoxíði, í stað þess
að vinna það úr vetni og kolmonox-
íði eða lífmassa, er hins vegar sá,
að þá þarf að nota um þriðjung vetn-
isins til að breyta koltvíoxíðinu í
kolmonoxíð. Þetta þýðir, að ef fram-
leiða ætti á íslandi á þennan hátt
metanól, sem nægði öllum fiski-
skipaflotanum, en hann notar nú um
230.000 tonn af olíu árlega, þyrfti
að byggja 675 MW vatnsaflsvirkjan-
ir, í stað 450 MW virkjana, ef elds-
neytið væri hreint vetni eða metanól
unnið úr vetni og kolmonoxíði.
Verði farið að vinna eldsneyti á
íslandi yrði því metanól, unnið úr
vetni og koltvíoxíði, langdýrasti
kosturinn, af þeim sem hér hafa
verið nefndir.
Brennsla vetnis og metanóls
Til að nota vetni sem eldsneyti
fyrir fiskiskip og landfarartæki
koma til greina ýmsar leiðir. Vetn-
inu má brenna í bílvélum og sam-
kvæmt nýjustu rannsóknum að öll-
um líkindum einnig í vélum fiski-
skipa, án þess að gera á vélunum
miklar breytingar. Þá hafa tilraunir
sýnt að vetni er langbesta eldsneyt-
ið fyrir þotuhreyfla.
Nú þegar hefur allstór bílafloti
verið keyrður á vetni víða um heim,
t.d. hefur Daimler-Benz fyrirtækið
keyrt flota vetnisbila sinna um eina
milljón km.
Þá eru Háskóli íslands, Áburðar-
verksmiðjan í Gufunesi og Vélskóli
íslands að gera tilraun með að
keyra 150 kW Caterpillar vél á
vetni, en sú vél var valin vegna
þess að hún er talin góður fulltrúi
fyrir vélar eins og þær, sem nú
knýja fiskiskip íslendinga. Þótt
þessar rannsóknir séu enn skammt
á veg komnar benda þær til þess,
að vandræðalaust sé að brenna
vetni í stærri vélum án þess að
nokkuð þurfi að breyta vélinni.
Bragi
Árnason
í stað þess að
brenna vetninu í
bruna- eða sprengi-
mótorum eins og nú
er gert, er mögulegt
að brenna því í nýrri
gerð aflvéla, sem þegar
hafa verið smíðaðar,
svonefndum efnaraföl-
um (fuel cells). í efn-
arafölum er efnaorku
eldsneytisins breytt í
raforku í stað þess að
breyta henni í varma-
orku eins og gerist í
núverandi vélum.
Sé vetni brennt í
efnarafölum, í stað
þess að brenna því í
núverandi vélum, vinnst einkum
tvennt. I fyrsta lagi verður orku-
nýtni eldsneytisins tvöfalt betri.
Með öðrum orðum, fískiskip knúið
með efnarafala þyrfti aðeins helm-
ing þess eldsneytis sem það notar
nú. I öðru lagi verður engin loft-
mengun þar sem við bruna vetnis
í efnarafölum myndast einungis
vatn, en þegar vetni er brennt í
hefðbundnum vélum myndast auk
vatnsgufu eitthvað köfnunarefn-
isoxíð (NOx), sem þó er minna en
Geta íslendingar orðið
óháðir umheiminum um
orku? Bragi Árnason
fjallar hér um hugsan-
lega starfrækslu tíu
vetnisverksmiðja og
vetnisvæðingu íslenska
fískiskipaflotans.
þegar brennt er olíu. Gróðurhúsa-
Íofttegundin koltvíoxíð (C02) eða
brennisteinstvíoxíð (S02), sem veld-
ur súru regni, myndast ekki við
bruna vetnis.
í efnarafölum, sem hingað til
hafa verið smíðaðir, er einungis
unnt að brenna vetni eða jarðgasi.
Olíu er ekki hægt að brenna í þeim
og ekki heldur metanóli, nema á
þann hátt að breyta metanólinu
áður í koltvíoxíð og vetni og að-
skilja það fyrrnefnda frá, áður en
vetnið fer inn á efnarafalinn.
Japanir hófu fyrir fáum árum
tilraunir með raforkuframleiðslu í
1-3 MW efnarafölum, en það eru
einmitt efnarafalar af þeirri stærð,
sem þarf til að knýja fiskiskip ís-
lendinga.
Geymsla vetnis og metanóls
Samkvæmt ofansögðu virðast
ekki vandkvæði samfara því að taka
upp notkun vetnis í stað olíu, ef
aðeins er litið á brennslueiginleika
vetnis og þeir bomir saman við
brennslueiginleika olíu.
Hins vegar eru enn mörg vanda-
mál óleyst varðandi geymslu vetnis-
ins, einkum um borð í skipum, en
þau þurfa yfirleitt að flytja með sér
mikið magn eldsneytis. Þar koma
ýmsir möguleikar til greina. Sumir
eru ef til vill heppilegri en aðrir,
þegar til skamms tíma er litið, t.d.
að geyma vetni bundið í metanóli.
Aðrir kunna að reynast hagkvæm-
ari, þegar til lengri tíma er litið og
frekari rannsóknir hafa farið fram.
Myndin sýnir sviðið eins og það gæti verið, þegar búið
væri að vetnisvæða fiskiskipaflotan eftir 2030. Stærð
vetnisverksmiðjanna, 20-70 MW, ákvarðast af núverandi
olíunotkun á hverjum stað.
Vetni má geyma sem kældan
vökva. Þannig er það geymt í flaug-
um sem sendar eru út í geiminn,
en vetni er aðaleldsneyti þeirra. Og
þannig mun það væntanlega einnig
verða geymt í þotum, ef farið verð-
ur að knýja þær með vetni. Megin-
kostur þess að nota fljótandi vetni
í þotum, er hversu það er létt elds-
neyti. Miðað við orkuinnihald er
þyngd vetnis einungis einn þriðji
af þyngd núverandi þotueldsneytis.
Með öðrum orðum, breiðþota, sem
flýgur yfír Atlantshafið og nú þarf
um 75 tonn af eldsneyti, mundi
aðeins þurfa um 25 tonn, ef elds-
neytið væri fljótandi vetni.
Ókostur þess að nota fljótandi
vetni, í stað vetnisgass, er einkum
sá hversu dýrt er að þétta vetnið.
Framleiðslukostnaður fljótandi
vetnis er um tvöfalt hærri en fram-
leiðslukostnaður vetnisgass. Af
þeim ástæðum er fljótandi vetni
ekki talið heppilegt eldsneyti fyrir
skip, en þar skiptir þyngd og fyrir-
ferð eldsneytisins miklu minna máli
en í þotum.
Hvað varðar geymslu vetnis í
fiskiskipum hafa rannsóknir við
Háskóla íslands einkum beinst að
eftirfarandi möguleikum. Að geyma
vetnið um borð í svonefndum
málmsvömpum (einkum magnes-
ium hydríði), eða að geyma vetnið
bundið í metanóli.
Málmsvampar, eins og magnes-
íum hydríð, eru mjög örugg
geymsla fyrir vetni. Helsti ókostur
þess að geyma vetni þannig er eink-
um sá, að geymarnir yrðu 2-3 sinn-
um stærri og þyngri en olíugeym-
ar, ef orkuinnihald þeirra er það
sama. Helsti kosturinn er hins veg-
ar sá, að ef vetnið er geymt þann-
ig, er mögulegt að skila tveim þriðja
hluta af orku eldsneytisins aftur í
land, eða þeim hluta þess, er nú
tapast sem afgasvarmi. Þetta bygg-
ist á eftirfarandi.
Til að losa vetnið úr magnesíum
hydríði þarf varmaorku. Til þess
má nota afgasvarma frá vélinni,
sem nú tapast út í loftið. Þegar
magnesíum hydríð geymarnir eru
hlaðnir í höfn losnar svo þessi
varmaorka aftur. Hana má þá flytja
á land og nota þar, t.d. í hitaveit-
ur. Svo nefnt sé dæmi þá gæti á
þennan hátt fiskiskipafloti Vest-
mannaeyinga, ef hann brenndi vetni
sem geymt væri um borð í skipum
í magnesium hydríði, skilað aftur á
land þeirri varmaorku, sem nú tap-
ast í hafi, en hún mundi nægja hita-
veitu Vestmannaeyjakaupstaðar og
vel það.
Þó niðurstöður þeirra rannsókna,
sem þegar hafa verið gerðar á
geymslu vetnis í magnesium hydr-
íði, lofi góðu, hafa enn ekki verið
smíðaðir nægilega stórir geymar
fyrir fiskiskip. Nokkur tími mun því
væntanlega líða, þar til mögulegt
er að reyna þessa geymsluaðferð í
skipi í tilraunaskyni og enn lengra
þar til unnt verður að taka þessa
geymsluaðferð upp almennt, t.d.
fyrir fiskiskipaflota íslendinga.
Nærtækara yrði því líklega fyrst
í stað að binda vetnið í metanóli.
Sú aðferð hefur einkum þá kosti,
að þannig væri mögulegt að nota
núverandi eldsneytisgeyma
óbreytta og því fljótlega hægt að
taka upp notkun metanóls í fiski-
skipum, ef skynsamlegt sýnist að
hefja metanólframleiðslu á íslandi.
Helstu ókostirnir samfara notkun
metanóls eru þeir að metanólgeym-
arnir verða að vera tvöfalt þyngri
og fyrirferðarmeiri en olíugeymar,
ef skipið á að geta flutt með sér
sömu orku, og metanól yrði alltaf
dýrara í framleiðslu en hreint vetni.
Þá er ekki unnt að brenna metanóli
í efnarafölum. Ef tekið yrði að nota
efnarafala sem aflvélar verður því
áður að kljúfa metanólið í koltvíox-
íð og vetni, en einungis vetnið fer
þá inn á efnarafalinn.
Loks er að geta þess, að við að
breyta metanólinu í vetni og koltví-
oxíð tapast orka. Þess vegna yrði
orkunýtni metanólsins í efnaraföl-
um aðeins um 40%, eða svipuð og
nú gerist best í skipsvélum, í stað
þess að orkunýtni eldsneytisins er
um 70% ef brennt er í efnarafölum
hreinu vetni, sem kæmi úr magnes-
íun hydriði.
Metanól- og vetnisvæðing
fiskiskipaflotans
En hvernig væri þá mögulegt að
hefja framleiðslu eldsneytis á ís-
landi og notkun þess?
Framleiðsla eldsneytisins, hvort
sem um er að ræða vetni eða
metanól, er eins og áður segir eng-
um tæknilegum vandkvæðum
bundin. Hún gæti því hafist með
tiltölulega stuttum fyrirvara, hve-
nær sem slíkt teldist skynsamlegt
og að því gefnu að nægileg raforka
væri fáanleg.
Aðlögun fiskiskipaflotans að
þessu nýja eldsneyti yrði hins vegar
án efa örðugasti hjallinn. Slík aðlög-
un mun taka langan tíma og yrði
að gerast í áföngum, sem marga
hveija yrði ekki ráðist i nema að
undangengnum talsverðum rann-
sóknum.
Frá tæknilegum sjónarhóli séð
yrði að líkindum heppilegast að
byija með notkun metanóls, þótt
það sé dýrara eldsneyti en vetnis-
gas. Geymsla metanóls um borð í
skipum er litlum vandkvæðum
bundin, þar sem hægt er að geyma
það í núverandi olíutönkum. Metan-
ólinu mætti fyrst í stað brenna
óbreyttu í núverandi vélum skip-
anna, annaðhvort á þann hátt að
úða inn í brennsluhólf vélanna litlu
magni af díselolíu, sem kveikti í
metanólinu, eða á þann hátt að
kveikja í því með neista frá kertum,
sem kæmu í stað núverandi olíu-
spíssa.
Frekari rannsóknir á brennslu-
eiginleikum vetnis í stærri vélum,
eins og þær sem nú fara fram við
Háskóla íslands, Vélskóla íslands
og Áburðarverksmiðjuna í Gufu-
nesi, gætu síðan leitt til þess, að
hætt yrði að brenna metanólinu
óbreyttu. Það yrði þá fyrst klofið í
koltvíoxíð og vetni, og einungis