Bændablaðið - 10.03.2022, Síða 22

Bændablaðið | Fimmtudagur 10. mars 202222
TÆKNI&VÍSINDI
Rafeldsneyti er orðið að eins konar
tískuorði í loftslagsumræðunni,
en sjaldnast er útskýrt fyrir fólki
hvað átt er við með þessu hugtaki.
Í fjölmiðlum hefur þó ýmislegt
verið fullyrt en erfitt að henda
reiður á hvað er mögulegt og
raunhæft í notkun á rafeldsneyti.
Þegar litið er á staðreyndir er
málið kannski ekki alveg eins
einfalt og látið er í veðri vaka. Hins
vegar geta legið mikil tækifæri
í framleiðslu á rafeldsneyti fyrir
Íslendinga. Mögulega getur þjóðin
þannig orðið sjálfbær um alla sína
orku í samgöngum í framtíðinni.
Í skýrslu IceFuel, sem unnin var
fyrir Grundartanga ehf. þróunarfélag
á síðasta ári, er margt fróðlegt að
finna. Skýrslan heitir „Fýsileiki
þess að framleiða rafeldsneyti á
Íslandi“. Þar kemur fram að í dag
sé framleiðsla rafeldsneytis ekki
samkeppnishæf í verði miðað við
lífdísil og jarðefnaeldsneyti. Slíkri
samkeppnishæfni verði vart náð fyrr
en á árunum 2030 til 2050.
Rafgreint vetni
Þegar talað er um rafeldsneyti er
venjulega átt við eldsneyti þar sem
uppistaðan er vetni sem framleitt er
úr vatni með rafgreiningu.
Fyrir utan beina notkun á hreinu
vetni, framleiddu með rafgreiningu
við notkun á endurnýjanlegu
rafmagni, sem er lykilþáttur í
framleiðslu á öllu því sem kallað er
rafeldsneyti, þá eru nokkrar afleiður
nefndar til sögunnar í skýrslunni.
Vetnisefnarafalar
Mikil þróun á sér stað í smíði á
vetnisefnarafölum til að umbreyta
vetni í raforku í rafbílum. Með
slíku losna menn að mestu við
rafgeyma sem þykja enn ekki
nógu hentugir til notkunar í
þyngri bifreiðum og vinnutækjum.
Fjölmargir bílaframleiðendur vinna
nú að framleiðslu á vetnisknúnum
rafbílum.
Þar er enn verið að bíða eftir því
sem kalla má „fastkjarna raflöðum“
(solid state batteries). Kannski er sú
bið á enda þar sem Dongfeng Motor
í Kína kynnti 50 bíla í janúar sem
búnir eru fastkjarna rafhlöðum.
Vetnisbrunavélar í þróun
Nokkrir vélaframleiðendur eins
og Toyota ásamt Yamada Motor,
Kawaskia, Subaru og Mazda hafa
unnið að þróun vetnisvéla sem eru
svipað uppbyggðar og hefðbundnir
brunahreyflar. Toyota hefur þegar
prófað vetnisbrunahreyfil í stórum
trukkum.
Forstjóri Yamada Motor
segir að markmiðið sé að V8
vetnisbrunahreyfill Yamada verði
nærri því eins hljóðlítill og rafmótor.
Það næst m.a. með því að sameina
átta útblástursgreinar í eina ofan á
mótornum. Vélin á samt að skila 450
hestöflum og vera með miklu togafli
eða upp á 400 lb-ft eða sem nemur
1,9 tonnum á fermetra.
„Rafammoníak“
Ein tegund rafeldsneytis er „raf-
ammon íak“ (NH3) Það er búið til
með efnasamruna köfnunarefnis
og vetnisgass. Framleiðsluaðferðin
nefnist Haber-Bosch og hefur verið
notuð í iðnaði og til framleiðslu
á áburði í um eina öld. Þá hefur
það verið notað sem kælimiðill
á frystivélar. Rafammoníak er á
gasformi við staðalaðstæður, af því
er römm lykt og það er ætandi og
hættulegt við innöndun.
Heimsframleiðsla á ammoníaki
undanfarin ár hefur numið um 175
milljónum tonna.
Geyma þarf ammoníak undir
miklum þrýstingi eða kælingu þar
sem suðumark þess er -33,34 °C.
Það er samt auðveldara að geyma
ammoníak en vetni. Nýtni þess
frá framleiðslu og í gegnum alla
virðiskeðjuna yfir í notkun með
brunahreyflum er þó umtalsvert
lakari en bein nýting á vetni í
gegnum efnarafala.
Hægt er að brenna rafammoníaki
á brunahreyflum. Vélaframleiðendur
eru að þróa skipavélar og/eða breyta
hönnun á núverandi vélum þannig
að hægt sé að brenna rafammoníaki.
Umtalsverður kostnaður fylgir
því að framleiða grænt rafamm-
oníak. Bæði þarf að framleiða
vetnið úr grænni raforku og
fanga köfnunarefni. Hins vegar er
auðveldara að geyma ammoníak
heldur en vetni, en nýtni þess
frá framleiðslu og í gegnum alla
virðiskeðjuna yfir í notkun með
brunahreyflum er umtalsvert lakari
en bein nýting á vetni í gegnum
efnarafala.
Mögulegt er að ná vetni út úr
rafammoníaki á „áfangastað“,
hvort sem verið er að flytja orku
á milli landa/staða eða dreifa og
geyma ammóoníak til notkunar í
skipum eða öðrum farartækjum. Þá
kemur til annað efnaferli, kostnaður
og fyrirhöfn því tengdu. Einnig
eru í þróun efnarafalar sem nýta
vetnishluta ammoníaksins.
„Rafmetan“
Ekki er útskýrt í skýrslunni
hvernig rafmetan er framleitt.
Metan (CH4) er hins vegar
einfaldasta samband kolefnis
og vetnis. Það samanstendur af
fjórum vetniseindum og einni
kolefniseind. Því væri hægt að
framleiða metan með rafgreindu
vetni. Metan er lyktarlaus
gastegund og skaðlaust við
innöndun. Það er léttara en loft
og gufar því mjög fljótt upp komist
það í snertingu við andrúmsloft.
Metan myndast við gerjun
lífræns efnis í náttúrunni og er
þegar framleitt úr lífrænu efni á
sorphaugum á Íslandi af SORPU
og Norðurorku. Sú framleiðsla er
talin 55–65% ódýrari í framleiðslu
en framleiðsla á rafmetani.
„Rafmetanól“
Metanól er einfalt alkóhól sem
er eitrað og stundum nefnt
tréspíri. Það er samsett úr fjórum
vetniseindum, einni kolefniseind og
einni súrefniseind (CH3OH). Það er
léttur, rokgjarn og litarlaus vökvi
sem er eldfimur og eitraður. Lyktin
af honum er sérstök. Við stofuhita
verður efnið litarlaus vökvi sem
hægt er að nota sem frostvara, leysi,
eldsneyti og sem geymslu fyrir
etanól sem er líka einfalt alkóhól
en framleitt með lífrænni gerjun.
Auðvelt er að geyma metanól í
fljótandi formi og flytja það
Um 20 milljón tonn eru framleidd
árlega af metanóli í heiminum sem
er m.a. ein afleiða olíuhreinsunar
sem eflaust er erfitt að keppa
við. Rafmetanól er þó hægt að
framleiða í verksmiðju Carbon
Recycling International í Svartsengi
á Reykjanesi.
Hægt er að brenna rafmetanóli
í venjulegum brunahreyflum.
Breytt ar bifreiðar geta gengið
fyrir 100% rafmetanóli, en það er
mjög tærandi fyrir málma. Slíkar
bifreiðar eru á markaði í Kína
og hafa nokkrar verið í rekstri á
Íslandi síðan 2016 að því er fram
kemur í skýrslunni. Orkuinnihald
rafmetanóls er þó helmingi minna en
jarðefnaeldsneytis. Bifreið sem eyðir
10 lítrum af bensíni á hverja hundrað
kílómetra þyrfti því væntanlega um
20 lítra af metanóli
til að komast sömu
vegalengd.
Tæring í málmum
vegna metanóls
getur verið
vandamál
Í skýrslu IceFuel
er sagt að hægt sé
að nota núverandi
bensín dælur og
geymslu tanka þó svo
að ekki megi blanda
bens íni og metanóli
nema í samræmi við
reglu gerðir. Ekkert
er hins vegar minnst
á tæringu metanóls í
skýrsl unni. Tæring á
leiðsl um af völdum
meta nóls er samt
vel þekkt í iðnaði,
ekki síst í olíuiðnaði.
Þegar hreint metanól
er notað er oft talað
um vandamál sem
það skapar í málmleiðslum og er
kallað stresstæringarsprungur eða
„stress-corrosion cracking“, líka
„sulfide stress cracking“. Talað eru
um að ef vökvi innihaldi 25–50%
eða hærra hlutfall af metanóli fari
hann að valda alvarlegri tæringu í
stáli (kolefnisstáli).
Þar sem metanól hefur verið
notað í eldsneyti á bíla, einkum í
eldsneytistegundinni M15, hefur
verið sýnt fram á mikla tæringu,
ekki síst í kopartengingum. Það
kemur m.a. fram í rannsóknum
Jyothy Institute of Technology og
rannsóknum sem hafa verið birtar
í International Journal of Hydrogen
Energy. Athyglisvert er að tæringin
hefur reynst vera minni þegar um
var að ræða nær hreint metanól eða
eldsneyti sem heitir M85 og M100.
Metanól er notað sem íblöndun
í bensín til samgangna á landi.
Evrópskar reglugerðir hljóða upp á
að íblöndun metanóls við almennt
eldsneyti megi ekki vera meira
en 3%. Samt er í skýrslunni talið
mögulegt að hagnýta á Íslandi allt
að 3.800 tonn af rafmetanóli til
íblöndunar í jarðefnaeldsneyti.
„Rafolía“
Rafolía er tilbúin hráolía gerð
úr grænu vetni, rafgreindu með
endurnýjanlegri raforku og hlut-
lausum koltvísýringi, sem fangaður
er úr andrúmslofti eða áður en honum
er sleppt út í það. Rafolía er í raun
kolefnishlutlaus staðgengilsvara
fyrir hráolíu sem dælt er upp úr
olíulindum, að því er fram kemur í
skýrslu IceFuel.
Hráolía er fyrst og fremst
notuð sem eldsneyti eftir frekari
meðhöndlun í olíuhreinsistöðvum
þar sem búnar eru til mismunandi
olíuafurðir eins og gas, bensín,
flugvélaeldsneyti, dísilolía og vax.
Hráolía er jafnframt notuð sem
hráefni í efnaiðnaði, m.a. til að
framleiða smurolíur, leysiefni, áburð
og plast.
Framleiðsla rafolíu hefur ekki
verið talin raunhæf vegna kostnaðar,
þó að gagnreyndur tæknibúnaður
hafi verið í þróun um nokkurt skeið.
Til að framleiðsla rafolíu verði
arðbær má ætla að söluverð hennar
þurfi að vera 3 til 5 sinnum dýrara
en söluverð fyrir jarðefnaolíu í dag.
Helsta hindrunin við framleiðslu
rafolíu er lág orkunýtni við raf-
greiningu vetnis, hátt verð á endur-
nýjanlegri raforku, hár kostn aður
við að fanga CO2, dýr framleiðslu-
búnaður ásamt því að litlir hvatar eru
fyrir markaðinn að nota rafeldsneyti.
Hörður Kristjánsson
hk@bondi.is
„Rafeldsneyti“ gæti aukið möguleika
Íslendinga til sjálfbærni í orkumálum
Vetnis-efnarafall frá Toyota umbreytir
vetni í raforku sem knýr rafmótora
bílsins.
Vatn klofið með rafmagni í vetni og
súrefni.
Átta strokka vetnisbrunahreyfill frá Yamada sem er áþekk hefðbundinni bílvél
sem brennir jarðefnaeldsneyti. Í þessu tilfelli er eldsneytið þó ekki bensín
eða dísilolía heldur vetni og útblásturinn er einungis vatnsgufa.
Þýski vélaframleiðandinn MAN stefnir á að geta
afhent fyrstu tvígengisvélina í skip sem brennir
ammoníaki á árinu 2024.
Ammoníak (NH3) samanstendur af
þrem vetniseindum og einni köfn­
unar efniseind.
Metan samastendur af fjórum vetnis­
eindum og einni kolefniseind.
Metanól (CH3OH) eða tréspíri (einfalt
alkó hól), samanstendur af fjórum
vetnis eind um, einni kolefniseind og
einni súrefniseind.
Etanól (C2H6O), eða alkó hól, saman­
stendur af sex vetnis eind um, tveim
kolefniseindum og einni súrefnis­
eind.