Morgunblaðið - 20.12.1998, Blaðsíða 40

40 SUNNUDAGUR 20. DESEMBER 1998
SKOÐUN
MORGUNBLAÐIÐ
FRÁ OLÍU TIL INNLENDRA
VISTVÆNNA ORKUGJAFA
Bragi
Árnason
VETNISSTRÆTISVAGN Daimler-Benz-Ballard (NEBUS). Strætis-
vagninn er knúinn 250 kílówatta PEM efnarafala (Proton Exchange
Membrane fuel cell). Vetnið er geymt um borð sem gas undir þrýst-
ingi. Akstursvegalengd á einni tankfyllingu er 260 km við venjuleg
skilyrði. Dainiler-Benz-Ballard gerir ráð fyrir að farið verði að fjölda-
framleiða þessa strætisvagna árið 2004.
VETNISKNÚINN einkabfll Daimler-Benz-Ballard (NECAR 3). Bfllinn
er knúinn 50 kflówatta PEM efnarafala (Proton Exchange Membrane
fuel cell).Vetnið er geymt um borð bundið í metanóli. Bfllinn kemst
jafnlangt á metanóli og bensínbfll á sama magni af bensíni. Útstreymi
gróðurhúsalofttegunda er aðeins um 45% þess sem það er frá bensín-
bfl. Daimler-Benz-Ballard gerir ráð fyrir að farið verði að fjöldafram-
Ieiða þessa bfla árið 2004.
í GREIN, sem ég
ritaði í Morgunblaðið
28. desember 1977,
vakti ég fyrst máls^ á
þeim möguleika að Is-
lendingar gætu, hugs-
anlega upp úr næstu
aldamótum, tekið að
nýta orkulindir sínar til
að framleiða vetni sem
gæti komið í stað inn-
flutts eldsneytis. Jafn-
vel gæti komið til
greina að flytja út
vetni.
A þeim rúmum
tveim áratugum, sem
eru liðnir síðan ofan-
nefnd grein var skrifuð,
hafa farið fram miklar rannsóknir á
framleiðslu vetnis og mögulegri
notkun þess í stað jarðefnaelds-
neytis, þ.e. olíu, kola og jarðgass.
Af niðurstöðum þeirra rannsókna,
ásamt ört vaxandi áhuga á notkun
vetnis í heiminum í stað jarðefna-
eldsneytis, verður nú vart annað
ráðið en að möguleg notkun vetnis
til að knýja bfla og fískiskip Islend-
inga geti jafnvel verið á næsta leiti.
*
Islendingar hafa tals-
verða sérstöðu meðal
þjóða, segir Bragi
Árnason. Aðeins lítill
hluti af vistvænum inn-
lendum orkulindum
hefur verið virkjaður.
Ástæðurnar fyrir hinum mikla
áhuga á vetni sem framtíðarelds-
neyti mannkynsins eru einkum
tvær.
Fyrri ástæðan er sú að talið er að
olíu- og jarðgaslindir jarðarinnar
muni þrjóta innan 50 ára. í nýlegri
orkuspá kemur fram að eftir árið
2020 verði hámarksframleiðslugetu
olíu og jafnvel jarðgass náð. Eftir
Í>að er líklegt að þörfin muni fara
ram úr framleiðslunni og skapa til-
heyrandi glundroða, ef ekkert kem-
ur í staðinn. Olíu og bensín má
framleiða úr kolum. Olía framleidd
á þann hátt yrði þó miklu dýrari en
olía sem nú er seld á heimsmarkaði.
Margt bendir til að hún yrði að
minnsta kosti þrefalt dýrari.
Síðari ástæðan fyrir vaxandi
áhuga manna á vetni er þó ekki síð-
ur þýðingarmikil. Hún er brýn
nauðsyn á að draga úr notkun jarð-
efnaeldsneytis sem losar koltvíoxíð,
köfnunarefnisoxíð og ýmis önnur
óæskileg efni út í andrúmsloftið,
mengar stórborgir og veldur aukn-
um gróðurhúsaáhrifum. Þegar
iíetni er brennt í hefðbundnum vél-
um myndast aðeins hreint vatn auk
örlítils magns af köfnunarefnisoxíð-
um, sem þó er talsvert minna en
þegar olíu er brennt. Sé vetni
brennt í nýrri gerð véla, efnarafol-
um, myndast einungis vatn.
Það er því ýmislegt sem bendir
til þess að hvort sem mönnum líkar
betur eða verr þá verði þeir að snúa
sér að því í næstu framtíð að nýta í
stórum stfl aðrar orkulindir en
jarðefnaeldsneyti. Sólarorka gæti í
raun séð fyrir allri orkuþörf mann-
kynsins um ófyrirsjáanlega framtíð
þótt enn sem komið er sé kostnað-
arsamt að beisla hana. Verði í fram-
tíðinni tekið að virkja sólarorku þá
virðist, ef nota á hana sem elds-
neyti í samgöngum, að mati sér-
fræðinga ekld um annað að ræða en
nota hana til að framleiða vetni.
Hvað varðar íslendinga er áhugi
ft notkun vetnis að hluta til af tals-
vert öðrum toga spunninn en meðal
annarra þjóða. Við
höfum að vísu skuld-
bundið okkur til að
draga úr útstreymi
gróðurhúsaloftteg-
unda en staðbundinni
mengun, sem nú er í
stórborgum iðn-
væddra þjóða, er vart
til að dreifa hér á
landi. Sérstaða okkar
liggur fyrst og fremst í
því að við eigum enn
mikið af ónýttum vist-
vænum orkulindum
sem vel mætti nýta til
að framleiða vetni.
Vatnsafl á Islandi,
sem tahð er hag-
kvæmt að virkja, er áætlað um 30
terawattstundir á ári. Þar af hafa
nú verið virkjuð um 15%. Jarðhiti,
sem talið er hagkvæmt að virkja,
hefur verið áætlaður 200 terawatt-
stundir á ári. Þar af hefur verið
virkjað um 1%. Með núverandi
tækni gæti jarðhitinn nægt til að
framleiða 20 terawattstundir af raf-
orku á ári.
Islendingar hafa því talsverða
sérstöðu meðal þjóða. Aðeins lítill
hluti af vistvænum innlendum
orkulindum hefur verið virkjaður.
Þrátt fyrir það er um 42% af orku-
notkun Islendinga mætt með því að
flytja inn olíu og bensín. Bflar og
fiskiskip landsmanna nota um 70%
af öllu innfluttu eldsneyti. Það gæti
því verið álitlegt að nýta orkulindir
Islendinga til að hefja fljótlega í
einhverjum mæli framleiðslu vetn-
is, sem gæti komið í stað olíu á viss-
um afmörkuðum sviðum og að lok-
um, hugsanlega áður en fyrri helm-
ingi næstu aldai- lýkur komið í stað
mestalls eldsneytis sem nú er flutt
til landsins.
V etnisframleiðsla
Framleiðsla vetnis er vel þekktur
iðnaður á Islandi. Síðastliðin 50 ár
hafa verið framleidd í Áburðar-
verksmiðjunni í Gufunesi um 2000
tonn af vetni á ári, á þann hátt að
raforka er notuð til að kljúfa vatn í
frumefni sín, vetni og súrefni.
Fyrir nokkrum árum var gerð
allrækileg athugun á því hver yrði
framleiðslukostnaður vetnis ef
byggð yrði á Islandi ný vetnisverk-
smiðja sem framleiddi vetni með
sömu tækni og nú er notuð í Áburð-
arverksmiðjunni í Gufunesi. Þessi
athugun hefur verið endurskoðuð
nýlega. Hún bendir meðal annars
til þess að sé gert ráð fyrir raforku-
verði 1,57 kr á kflówattstund (0,02
Bandaríkjadölum), en það er oft
nefnt sem líklegt raforkuverð frá
vatnsaflsvirkjunum sem byggja
mætti í næstu framtíð, þá yrði vetni
um þrefalt dýrara eldsneyti en olía,
ef aðeins er litið á orkuinnihald
eldsneytisins.
Sé vetninu brennt í nýrri gerð
véla, svonefndum efnarafölum sem
ræddir verða hér á eftir, er orku-
nýtni þess um þrefalt betri en orku-
nýtni olíu, sem brennt er í hefð-
bundnum vélum. Með öðrum orðum
vetnisgas, sé það notað til að knýja
efnarafala, er samkeppnishæft við
olíu. Olíu er ekki hægt að brenna í
efnarafölum.
Efnarafalar
Vetni má brenna í flestum gerð-
um núverandi véla sem brenna
bensíni eða olíu, t.d. hreyflum
geimflauga, þotuhreyflun, bensín-
vélum og dísilvélum. En vetni má
einnig brenna í nýrri gerð véla, sem
nú er í örri þróun, svonefndum efn-
arafala (fuel cell).
Þegar eldsneyti er brennt í hefð-
bundnum vélum breytist efnaorka
eldsneytisins í varmaorku. Þá get-
ur fræðileg orkunýtni eldsneytis-
ins ekki orðið meiri en um 40%,
vegna þess að nýtnin er háð svo-
nefndum „Carnot“ takmörkunum.
Raunveruleg orkunýtni bensíns
eða dísilolíu í bílum er aðeins um
20% og þess er tæplega að vænta
að hún geti aukist sem nokkru
nemur. Orkunýtnin í stórum skips-
vélum er nokkru betri eða um
30%.
Þegar vetni er brennt í efnarafól-
um breytist efnaorka eldsneytisins
í raforku. Þá getur fræðileg orku-
nýtni eldsneytisins orðið allt að
100%. Efnarafalar eni svonefndar
„free energy“ vélar. I efnarafölum,
sem þegar hafa verið smíðaðir, hef-
ur tekist að ná yfir 60% orkunýtni.
Efnarafalar eru í megindráttum
lítið frábrugðnir venjulegum raf-
geymum. Þegar rafskautin í blý-
geymi hvarfast við raflausnina, sem
er brennisteinssýrulausn, skilar
geymirinn raforku. í efnarafölum
taka rafskautin ekki þátt í efna-
hvarfinu heldur eru það vetni og
súrefni andrúmsloftsins sem
hvarfast og mynda vatn en við það
skilar efnarafalinn raforku. I þeirri
gerð efnarafala, sem nú eru taldir
álitlegastir til að knýja farartæki,
er raflausnin örþunn plasthimna.
Efnarafalabílar eru í raun rafbflar.
Verði tekið að knýja bfla og skip
með efnarafólum mundi orkunotk-
un þeirra minnka, jafnvel allt niður
í einn þriðja af því sem hún er nú.
þegar hreinu vetni er brennt í efn-
arafölum myndast einungis vatns-
gufa. Gróðurhúsalofttegundir og
aðrar mengandi lofttegundh’, sem
nú fara út í andrúmsloftið þegar
brennt er bensíni eða olíu, yrðu því
með öllu úr sögunni. Mjög hröð
þróun á síðustu árum í smíði efn-
arafala bendir til að þeir verði að
öllum líkindum ódýrari en núver-
andi vélar þegar farið verður að
fjöldaframleiða þá. Allt þetta gefur
ástæðu til að ætla að þegar á fyrri
helmingi næstu aldar muni efn-
arafalar að talsverðu leyti leysa af
hólmi núverandi vélar í samgöng-
um.
Vetnisknúnir
strætisvagnar
í vissum tilvikum, eins og til
dæmis í strætisvögnum í þéttbýli
sem að jafnaði aka ekki meira en
250 km á dag, er unnt að geyma um
borð hreint vetnisgas sem nægir yf-
ir daginn. Áfylling vetnisins yrði
einnig tiltölulega einföld þar sem
strætisvagnaflotar taka eldsneyti á
sama stað.
Fyrirtækið Daimler-Benz-Ball-
ard hefur þegar smíðað fyrstu vetn-
isstrætisvagnana sem knúnir eru
efnarafölum. Nú þegar eru 3 slíkir
strætisvagnar í notkun í Vaneouver
í Kanada og 3 aðrir í Chicago í
Bandaríkjunum. Daimler-Benz-
Ballard gerir ráð fyrir að árið 2004
verði farið að fjöldaframleiða þessa
strætisvagna og þá muni fram-
leiðslukostnaður þeirra vera sam-
bærilegur við framleiðslukostnað
hefðbundinna dísilstrætisvagna.
Strætisvagnar Daimler-Benz-
Ballard geta ekið 260 km á einni
tankfyllingu og gætu því hentað vel
Strætisvögnum Reykjavíkur, sem
aka að meðaltali um 250 km á dag.
Vetnið, sem framleitt er í Áburðar-
verksmiðjunni í Gufunesi, mundi
einnig henta vel þar sem það er
nægilega hreint til að brenna því í
efnarafólum. Núverandi vetnis-
framleiðsla Áburðarverksmiðjunn-
ar mundi nægja um tvöfalt fleiri
strætisvögnum en nú eru á Stór-
Reykjavíkursvæðinu.
Vetnisknúnir einkabflar
og fískiskip
Ef einkabflar eiga að komast
jafnlangt á tankfyllingu og núver-
andi bensínbflar er ekki um það að
ræða að geyma vetnið um borð sem
gas. Þar við bætist að slíkir bflar
yrðu að geta fengið vetnið á tank-
stöðvum um allt land en að byggja
upp um allt land flókið dreifikerfi
fyi-ir hreint vetni verður að teljast
óraunverulegt, að minnsta kosti um
alllanga framtíð.
Sá möguleiki, sem nú virðist álit-
legastur, er að geyma vetnið í
einkabílum bundið í metanóli. Met-
anól er vökvi líkt og bensín. Til að
dreifa því og fylla á bfla má því nota
sama dreifikerfí og sömu dælur og
nú era á bensínstöðvum. Elds-
neytistankar bflanna yrðu einnig
þeir sömu og í núverandi bensínbfl-
um.
Metanól er auðvelt að framleiða
úr vetni, sem fá má með því að
kljúfa vatn með raforku, og kolefni
sem fá má úr ýmsum kolefnisgjöf-
um. í bílunum yrði metanólið svo
aftur klofið í vetni og koltvíoxíð og
einungis vetnið færi inn á efnarafal-
ann.
Orkuinnihald metanóls er aðeins
um helmingur af orkuinnihaldi
bensíns sé miðað við sama magn.
En vegna þess að orkunýtni met-
anóls í efnarafala er 45% en orku-
nýtni bensíns aðeins 20% kemst
efnarafalabfllinn eitthvað lengi’a á
metanóli en bensínbfllinn á sama
magni af bensíni.
Það er athyglisvert að bera sam-
an útstreymi gróðurhúsaloftteg-
undarinnar koltvíoxíðs, annars veg-
ar frá bensínbflum og hins vegar
efnarafalaknúnum metanólbflum en
eins og fram kemur hér á undan er
metanólið klofið um borð í bflunum
í vetni og koltvíoxíð sem fer út í
loftið. Sé þetta gert verður niður-
staðan sú að bensínbfll sleppir 3,1
tonni af koltvíoxíði út í loftið fyrir
hvert tonn af bensíni en metanólbfll
sleppir aðeins 1,4 tonnum af koltví-
oxíði út í loftið fyrir hvert tonn af
metanóli. Með öðram orðum, væri
bflafloti landsmanna metanólknúnir
efnarafalabflar yrði útstreymi gróð-
urhúsalofttegunda frá honum að-
eins 45% af því sem nú er. Ef born-
ir era saman dísilbflar og met-
anólknúnir efnarafalabflar yrði
hlutfallið enn hagstæðara efn-
arafalabflum í vil.
Margir af stærstu bflaframleið-
endum heimsins era nú að huga að
efnarafalaknúnum metanólbflum.
Til dæmis hefur einum Mercedes-
Benz bfl af A-gerð þegar verið
breytt þannig að hann er knúinn
efnarafala. Vetnið er geymt um
borð sem metanól. Daimler-Benz-
Ballard gerir ráð fyrir að árið 2004
verði hafin fjöldaframleiðsla á þess-
um bfl.
Ekki verður séð að neitt sé því til
fyrirstöðu að knýja fiskiskip með
efnarafölum. Fiskiskip þurfa að
flytja með sér mikið eldsneyti.
Vetnið yrði því að geyma um borð
bundið í metanóli líkt og í einkabfl-
um.
Til að knýja fiskiskip þarf efn-
arafala í megawatta stærðum. Slík-
ir efnarafalar era þegar til og sem
dæmi má nefna að Japanir eru nú
að gera tilraun sem miðar að því að
knýja 1500 tonna flutningaskip með
efnarafölum.
Metanólframleiðsla
á íslandi
En hvernig mætti þá framleiða
metanól á Islandi úr vetni og
kolefni? Vetni má að sjálfsögðu fá
með því að kljúfa vatn með raforku.
Mögulegir innlendir kolefnisgjafar
gætu t.d. verið: 1. Gas frá orku-
frekri stóriðju (Járnblendiverk-
smiðjan á Grandartanga og álver).
2. Mór. 3. Lífmassi (viður, lúpína,
gras og sorp) og 4. Koltvíoxíð frá
háhitasvæðum og sementsverk-
smiðjunni.
Hér verður aðeins litið á þann
möguleika að nýta gas frá orku-
frekri stóriðju einkum af tveim