Del 2
Hydrogen som energibÆrer og situasjonen i Norge og internasjonalt

3 Norsk kompetanse og ressursgrunnlag på energiområdet

3.1 Norge som energiprodusent

Norge er en stor energiprodusent. Med vår lange vannkrafthistorie, vår omfattende vannkraftproduksjon og vårt velutbygde elsystem er vi en stor vannkraftnasjon. Som stor olje- og gassprodusent, verdens tredje største nettoeksportør av olje og gass, og med fortsatt store petroleumsreserver, er vi også en stor olje- og gassnasjon. Til sammenligning har Sverige mye vannkraft, men ikke så mye som Norge. De har også en betydelig kjernekraftproduksjon og et godt utbygd fjernvarmesystem. Sverige utnytter bioenergi i stor grad og produserer i tillegg kraft både fra olje- og kullkondens, gassturbiner og vindkraft. Denne diversifiserte energiforsyningen kan Norge ikke vise til.

Basert på nettopp vannkraften, potensialet for nye fornybare ressurser og de store naturgassressursene, samt den industri og det kunnskapsgrunnlaget som har bygget seg opp på basis av disse ressursene, burde Norge ha mulighet til også å bli en hydrogennasjon. Dette inkluderer også mulighetene for å kunne etablere nÆringsvirksomhet rettet mot et nytt energimarked.

3.1.1 Vannkraft

Det er om lag 4 000 vassdrag i Norge. I noen fylker er nesten alle større vassdrag utnyttet. Et vassdrag bygges ofte ut med flere kraftverk. De samlede økonomisk utnyttbare vannkraftressursene i Norge er anslått til om lag 178 TWh/år, men av dette er om lag 35 TWh vernet mot utbygging. Total produksjonskapasitet for vannkraft er i dag om lag 27 600 MW og fordeler seg på omkring 740 kraftverk over 1 MW. Produksjonen i det norske vannkraftsystemet er i et år med normal nedbør anslått til om lag 119 TWh. Dette gjør Norge til verdens sjette største vannkraftprodusent.

Den norske vannkraftproduksjonen er beregnet å kunne variere fra 90 TWh til 150 TWh i året som følge av variasjoner i nedbør fra år til år. Vannkraften står for nesten all elektrisitetsproduksjon i Norge. Elforbruket de senere årene har ligget noe over midlere produksjonsevne 1 . Norsk energiforsynings avhengighet av nedbør gjør den mer sårbar for svikt i produksjonen enn for eksempel de andre nordiske landene. Dette kompenseres delvis ved at Sverige, Finland, Danmark og Norge er integrert i et felles nordisk kraftmarked. Det innebÆrer at produsenter og forbrukere i markedet fritt kan kjøpe og selge kraft i konkurranse med produsenter og forbrukere i de øvrige nordiske landene. Den norske vannkraften spiller med sine muligheter for raske endringer i produksjonen fint sammen med det øvrige nordiske systemet, som også er har en stor andel termisk kraftproduksjon. De årene som det inntreffer en svikt i vannkraftproduksjonen, fordeles denne gjennom det felles nordiske markedet og en kan dra nytte av den fleksibiliteten som en har i dette markedet. Det nordiske kraftmarkedet er derfor viktig for forsyningssikkerheten i Norge. Denne er nÆrmere omtalt i St.meld. nr. 18 (2003–2004) Om forsyningssikkerheten for strøm mv.

Den norske vannkraftindustrien har lange tradisjoner. Norge har opparbeidet kompetanse til å dekke ulike sider ved et vannkraftprosjekt; alt fra planlegging og prosjektering til levering og installasjon av vannkraftteknisk utstyr. I tillegg har myndighetene opparbeidet ekspertise i å lovregulere og forvalte vannkraftressursene. Etter som Norge allerede har bygd ut en stor del av det tilgjengelige vannkraftpotensialet, konkurrerer norsk industri nå i stor grad om utbyggingsoppdrag i utlandet. I tillegg til turbiner og elektromagnetiske komponenter, omfatter leveransene konsulenttjenester innen planlegging, prosjektering og ingeniørtjenester. Det er i tillegg etterspørsel etter norsk kompetanse innenfor systemdrift og tilrettelegging for markedsbaserte systemer.

Kraftforsyningen har en viktig rolle i norsk økonomi. Bruttoproduktet i kraftforsyningen var i 2000 på 24,7 milliarder kroner. Dette tilsvarte om lag 2,3 prosent av bruttonasjonalproduktet i fastlands-Norge. De siste årene har det vÆrt en nedgang i antall årsverk i kraftforsyningen. Likevel var det i 2000 om lag 17 000 personer sysselsatt i sektoren.

3.1.2 Nye fornybare energikilder

I tillegg til vannkraft er det også et betydelig potensial for andre fornybare energikilder i Norge. Produksjonen for 2003, samt et beregnet potensial for de mest relevante av de nye fornybare energikildene i Norge, er vist i tabell 3.1. Potensialet for 2020 er beregnet i forbindelse med NOU 1998: 11 Energi og kraftbalansen mot 2020 . Beregningene er gjort med utgangspunkt i forventet teknologistatus. I et langsiktig perspektiv vil potensialene kunne vÆre langt høyere uten at det kan tallfestes. Nedenfor gis en kort oversikt over enkelte aktuelle fornybare energikilder i Norge.

Vindkraft

Vindkraft har hatt en sterk vekst de siste årene og den internasjonale vindkraftindustrien forventer fortsatt sterk økning. I Norge har det også vÆrt vekst; fra 13 MW installert effekt i 1999 til omlag 100 MW i 2002. I 2003 gav dette en produksjon på 220 GWh. Regjeringen har som et av målene for energiomleggingen at produksjonskapasiteten for vindkraft skal økes til 3 TWh/år i 2010, hvilket innebÆrer i underkant av 1000 MW installert effekt. Det er tildelt konsesjoner for vindkraftanlegg med en samlet produksjonskapasitet på i overkant av 1,7 TWh /år. Det er søkt om ytterligere konsesjoner for vindkraftanlegg med en samlet produksjonskapasitet på om lag 1,8 TWh/år.

Bioenergi/fornybar varmeproduksjon

Bioenergi og energigjenvinning fra avfall står årlig for en energiproduksjon på om lag 15 TWh i Norge. Dette er primÆrt knyttet til vedfyring og bruk av restprodukter innen skogsindustrien og fjernvarme. Regjeringen har et klart mål på 4 TWh/år vannbåren varme basert på bioenergi, avfall, varmepumper og utnyttelse av spillvarme innen 2010. Det teoretiske potensialet for uttak av biomasse til energiformål er av Enova SF 2 , anslått til om lag 35 TWh/år. Dette potensialet kan for en stor del tas ut til priser under 50 øre/kWh.

Solvarme

Solvarme deles inn i passiv og aktiv solvarme. Ved passiv solvarme utnyttes solinnstrålingen gjennom bevisst utforming av bygningsmassen med hensyn på innretning og størrelse på vindusflater samt materialvalg som akkumulerer varme. Ved aktiv solvarme sirkuleres et varmemedium, for eksempel vann, gjennom solvarmepaneler der det varmes opp. Vannet sirkuleres i bygningen og avgir varmen, direkte gjennom radiatorer, vannbåren gulvvarme eller til et varmelager (en akkumulatortank). Potensialet i Norge er størst i områder med høy solinnstråling, som sør- og østlandet. Potensialet er estimert til 8 TWh/år i 2020 3 .

Tidevann

Utnyttelse av energien i tidevann kan skje enten ved å utnytte nivåforskjellen mellom høy og lav vannstand, eller å utnytte vannstrømmer som oppstår som resultat av tidevannsforskjellene. Det er flere norske prosjekter som utvikler teknologi for å utnytte tidevannsenergi, blant annet et i regi av Hammerfest Strøm AS og et i regi av Statkraft. Hammerfest Strøm installerte den første prototypturbinen for kraftproduksjon fra tidevann høsten 2003. Turbinen har en diameter på 20 meter og en installert effekt på 300 kW.

Bølgekraft

Potensialet for bølgekraft er stort i Norge om man tar utgangspunkt i den lange kystlinjen. Det har imidlertid vist seg problematisk å komme frem til teknologier som kan konvertere kraften i bølgene til nyttbar energi på en kostnadseffektiv og sikker måte. Kostnaden for elektrisitet fra bølgekraft er beregnet til mellom 50–100 øre/kWh. Bølgekraft kan derfor i første rekke ha et potensial i øysamfunn der prisen for den konkurrerende energien, for eksempel dieselkraft, er høyere. Potensialet i Norge er estimert til 0,5 TWh/år.³

Saltkraft

Saltløsninger trekker til seg vann fra sine omgivelser på grunn av forskjellig saltkonsentrasjon. Dette danner et såkalt osmotisk trykk. Den osmotiske trykkforskjellen mellom ferskvann og sjøvann tilsvarer trykket fra en vannsøyle på om lag 270 meter. Dette trykket kan utnyttes til kraftproduksjon der ferskvann møter saltvann ved elveutløp. En vannmengde på 1 m³ /s vil kunne gi en effekt på omlag 1 MW. Statkraft er sentral i et stort internasjonalt prosjekt knyttet til utnyttelse av saltkraft. Et beregnet utnyttbart potensial i Norge er anslått til 25 TWh og det er estimert en kostnad på om lag 50 øre/kWh.

3.1.3 Olje og gass

Norge fikk suverenitet over den norske kontinentalsokkelen i 1963. Første lisensrunde ble annonsert 13. april 1965. I 1969 ble Ekofisk oppdaget, og i 1971 begynte Ekofisk å produsere olje. Siden den tid har Norge bygget seg opp som en stor produsent av olje og gass. Parallelt med denne utviklingen har norske industri- og forskningsmiljøer bygget seg opp til å bli konkurransedyktige leverandører av produkter, tjenester og teknologi, både til norsk sokkel og internasjonalt.

I 2003 ble det solgt om lag 2,8 millioner fat olje fra norsk sokkel. Norge er med det verdens tredje største eksportør av råolje, etter Saudi Arabia og Russland. Oljeproduksjonen forventes å vÆre rundt dagens nivå de nÆrmeste årene, for deretter å avta gradvis. Likevel er det anslått at Norge vil fortsette å produsere olje i mer enn 50 år fremover.

Norge er også en stor produsent av naturgass. Total gassproduksjon på norsk sokkel var i 2003 på 118 mtoe 4 (om lag 140 milliarder Sm³ ). Om lag 1/3 av gassen som produseres blir injisert tilbake i reservoarene som trykkstøtte til økt oljeproduksjonen. En del av gassen blir også brukt til kraftproduksjon på plattformene og terminalene. En liten andel brukes også innenlands, hovedsakelig til metanolproduksjonen på Tjeldbergodden. Det meste av den norske gassen som produseres blir eksportert. Norge er blant annet en viktig leverandør av naturgass til EU; om lag 12 prosent av EUs gassforbruk kommer fra norsk sokkel. Dette gjør Norge til den tredje største gasseksportøren til EU. På verdensbasis er Norge den fjerde største eksportøren av naturgass.

Produksjonen av naturgass er økende, og det er i tiden fremover forventet at gassens andel av samlet petroleumsproduksjon vil stige betydelig, fra om lag 25 prosent i 2002 til om lag 42 prosent i 2010. Gassalget er som en følge av dette også økende. I 2002 økte salget med 23 prosent sammenlignet med året før. Et fremtidig salgsnivå på 120 milliarder Sm anses å vÆre realistisk innen 7 til 12 år 5 . Det er anslått at Norge har gassreserver til ytterligere 100 års produksjon.

3.2 Hydrogen – Norske erfaringer

Norge har lange tradisjoner for produksjon av hydrogen. Det er opparbeidet god kompetanse innenfor en rekke hydrogenteknologier på produksjon, lagring og bruk av hydrogen. Det er gjennomført, og blir gjennomført, demonstrasjonsprosjekter for å prøve ut nye hydrogenteknologier i Norge. I tillegg blir norske hydrogenrelaterte produkter solgt på verdensbasis. Dette er nÆrmere beskrevet nedenfor.

I 1996 ble Norsk Hydrogenforum (NHF) etablert. Forumet består av representanter fra norsk nÆringsliv, forskningsinstitusjoner og universiteter/høgskoler. NHF skal blant annet bidra til informasjonsformidling mellom norske og utenlandske miljøer innen hydrogenbaserte teknologier og fremme utdanning, forskning og nyskapning innen hydrogenteknologi.

3.2.1 Produksjon av hydrogen i Norge

Det er en god industriell bakgrunn for hydrogenproduksjon i Norge. Ved Norsk Hydro, nå Yara, ble ammoniakk for kunstgjødselproduksjon industrielt fremstilt allerede fra 1928. Hydrogen er et mellomprodukt i produksjonsprosessen for ammoniakk. Hydrogenet ble produsert ved vannelektrolyse med vannkraft som energikilde helt fram til omkring 1990. Norsk Hydro Electrolysers, i sin helhet eid av Norsk Hydro ASA, ble etablert tidlig på nittitallet for å videreføre kompetansen innen elektrolyse. Senere har Yara drevet produksjon av hydrogen basert på dampreformering av naturgass. Yara er i dag en betydelig hydrogenprodusent, men produksjonen går direkte til fremstilling av ammoniakk og kunstgjødsel. Selskapet har ett anlegg i Norge (på Herøya ved Porsgrunn) og har flere lignende anlegg i mange andre land. Hydro fremstiller også hydrogen som biprodukt i sine to kloralkaliproduksjonsanlegg (Rafnes og Stenungsund), og gjennom sin virksomhet som operatør for Noretyl crackeren (Rafnes). Der produseres det betydelige mengder brenngass (en 50:50 blanding av hydrogen og metan) i tillegg til hovedproduktene eten og propen. Dette hydrogenet benyttes til energiformål i tilknytning til de aktuelle industrianleggene.

Siden 1997 har Statoil fremstilt hydrogen i forbindelse med metanolproduksjonen ved fabrikken på Tjeldbergodden i Møre og Romsdal. Statoil produserer også hydrogen ved raffineriet på Mongstad. Det fremstilles dessuten betydelige mengder hydrogen som biprodukt i annen norsk industri.

Det eksisterer med basis i dette en betydelig norsk kompetanse på oppbygging og drift av anlegg for hydrogenproduksjon fra naturgass med ulik prosessteknologi. All hydrogen som produseres brukes imidlertid i industrien. Bruk av hydrogen for energiformål er foreløpig lite utbredt i Norge.

I Norge er det i tillegg erfaring med fremstilling av hydrogen ved elektrolyse. Det produseres hydrogen fra elektrolyse ved Denofas fettherdingsanlegg i Fredrikstad (5 elektrolysører), Falconbridges nikkelverk i Kristiansand (4 elektrolysører), Akzo Nobels hydrogenperoksyd anlegg på Rjukan (4 elektrolysører), Pronovas fettherdingsanlegg i Sandefjord (2 elektrolysører), og Hydrogass sitt hydrogenanlegg på Rjukan (1 elektrolysør).

3.2.2 Lagring, transport og distribusjon av hydrogen i Norge

Høytrykkslagring av hydrogen byr på interessante utfordringer og muligheter for norsk leverandørindustri. Det finnes allerede norsk industriaktivitet på lagring av gass under trykk. Ragasco masseproduserer i dag lavtrykkskomposittanker for propan, mens Hexagon Composites (tidligere Raufoss Alternative Fuel Systems AS) produserer høytrykksbeholdere i kompositt (maksimalt 260 bar) for komprimert naturgass (CNG). For å lagre hydrogen i komprimert form bør imidlertid arbeidstrykket vÆre minst 300 bar og gjerne opp til 700 bar for transportformål. Til dette trengs nyutvikling og forbedring av trykkbeholdere.

Når det gjelder flytende hydrogen, finnes det ingen kondenseringsanlegg for hydrogen i Norge i dag. AGA AS inngår nå som en del av Linde konsernet, og ved AGAs anlegg både i Norge og Sverige er det økende interesse for hydrogen. Statoil har lang erfaring og etablert industriell aktivitet med nedkjølt flytende (kondensert) naturgass (LNG). SINTEF Energiforskning og Institutt for Klima- og Kuldeteknikk ved NTNU har lang erfaring med kondensering av gasser (hydrogen, helium, nitrogen og ikke minst naturgass). En bred basis for prosessberegninger, inkludert avansert termodynamikk, har blitt etablert gjennom dette arbeidet. Det er videre forsket på og utviklet isolering og isoleringssystemer for lagring av LNG siden 1975. Isoleringssystemet til Moss-Rosenbergs LNG-kuletanker er utviklet og testet i dette miljøet. I 1998 ble det eksempelvis konstruert, bygget og testet en tank på 6 m³ for lagring av flytende nitrogen. Disse erfaringene kan vÆre et godt utgangspunkt for videre satsing på hydrogenkondensering og systemer for lagring av flytende hydrogen.

Institutt for Energiteknikk (IFE) har drevet forskning på lagring i metallhydrider i flere tiår, og det er etablert solid grunnleggende kompetanse på området. Forskerne ved IFE har blant annet funnet frem til en metallegering som gjør det mulig å pakke hydrogenatomene åtte ganger mer effektivt enn ved lagring av hydrogen i vÆskeform. Dette regnes som verdensrekord i å pakke hydrogenatomer tett sammen i en struktur. I dag har IFE et av de tre beste instrumentene i verden for å studere hvordan hydrogen er bundet i forskjellige materialer. IFE har også patent på anvendelse av karbonkjegler som lagringsmateriale for hydrogen. Hydrogen i metallhydrider og karbonmaterialer vil vÆre et av satsingsområdene til IFE også fremover.

Grunnleggende relevant materialkompetanse finnes også ved Senter for materialvitenskap ved Universitetet i Oslo, som lenge har samarbeidet med IFE på området. Ved Kjemisk institutt foregår det eksperimentell materialkarakterisering av metallhydrider, mens det ved Fysisk institutt utføres teoretiske studier av hydrogen/metallsystemer. SINTEF Materialteknologi (både ved Oslo og Trondheim) innehar en betydelig kompetanse innen forskning og utvikling av avanserte materialer. I den senere tid har fremstilling av metallhydrider ved hurtigtørking gitt interessante resultater. Ved Institutt for materialteknologi og elektrokjemi ved NTNU foregår preparering og karakterisering av metallhydridlegeringer, sÆrlig elektrokjemisk karakterisering med henblikk på anvendelse i batterier. Teoretiske metallhydridstudier foregår også ved Høgskolen i Agder.

Når det gjelder transport og distribusjon, er det i Norge bygget, og planlegges bygget, mindre rørnettverk for transport og distribusjon av naturgass. Teoretisk vil disse også kunne brukes til distribusjon av HCNG, en blanding av naturgass og hydrogen der hydrogen kan utgjøre en fraksjon i størrelsesorden 5–25 prosent, typisk 15–20. Norsk Hydro har også intern rørtransport av hydrogen i sine ammoniakkfabrikker.

4 Hydrogen som energibÆrer

4.1 Litt hydrogenhistorie

Den tidlige hydrogenhistorien var preget av vitenskapsmennenes oppdagelser og eventyrernes farefulle luftferder. Tanken om å bruke hydrogen som energibÆrer ble lansert allerede i 1874 av Jules Verne i boka L’Isle Mysterieuse – Den hemmelighetsfulle øya . Den visjonÆre forfatteren forestiller seg at hydrogen fra vann skal erstatte kull, datidens viktigste energibÆrer:

«Jeg tror at en dag vil hydrogen og oksygen, som sammen danner vann, blir brukt enten hver for seg eller sammen som en uuttømmelig kilde for varme og lys.»

Den sveitsiske legen og vitenskapsmannen T.B. Paracelsus (1493–1541) iakttok at det ble utviklet gass når jern ble løst i svovelsyre. Han trodde gassen var brennbar luft, men i ettertid vet vi at det var hydrogen. I 1766 påviste den engelske vitenskapsmannen H. Cavendish at hydrogen er en egen gass. Cavendish bestemte også flere av hydrogenets egenskaper, beskrev forskjellige fremstillingsmetoder og fant at hydrogen danner vann ved forbrenning.

I 1872 fløy Paul Haenlein i Wien et luftskip drevet av en 5-hestekrefters hydrogengassmotor. Gassen kom fra ballongelementet. I 1896–97 forsøkte den svenske vitenskapsmannen Salomon Andrée å nå Nordpolen i hydrogenballongen Ørnen fra en base på Svalbard, men under oppstarten mistet de størstedelen av slepelinen slik at ballongen kom ut av kurs. I 1901 ble hydrogen for første gang komprimert på stålflasker og kommersielt omsatt. Hydrogen ble produsert som biprodukt ved kloralkalielektrolyse, og ble hovedsakelig benyttet i luftskip. I 1910 hadde Ferdinand von Zeppelin laget et luftskip med et rammeverk av lettmetall (aluminium), dekket av duk og fylt med løftegass. I 1926 fløy Roald Amundsen det italienskbygde luftskipet Norge over Nordpolen, fra Svalbard til Alaska, og i 1929 foretok det tyske LZ 127 Graf Zeppelin I en flygning rundt jorden.

Historiens kanskje mest berømte luftskip var imidlertid det store tyske luftskipet Hindenburg . Skipet var 245 meter langt, hadde en diameter på 41 meter og hadde et gassvolum på 196 000 m fylt med hydrogen. Det gikk i 1936–37 i regulÆr trafikk mellom Friedrichshafen i Tyskland og Lakehurst i New Jersey, USA, med opp til 70 passasjerer. Luftskipet eksploderte ved innflygingen mot fortøyningsmasten ved Lakehurst 6. mai 1937. Brannen oppsto visstnok i malingen til luftskipet. 35 av passasjerene om bord omkom. De omkomne døde som en følge av at de hoppet ut av luftskipet, og ikke som en direkte følge av en hydrogeneksplosjon. Ulykken innebar slutten på luftskipepoken.

Noen av de første forbrenningsmotorene som ble laget brukte hydrogen som brensel og i 1930-årene var det flere kjøretøymodeller som gikk på hydrogen. Med oljealderen kom imidlertid nye drivstoff på markedet som var enklere å håndtere og etter hvert billigere.

Allerede i 1839 ble brenselcelleteknologien patentert og demonstrert. Brenselceller ble imidlertid av mange sett på som en kuriositet frem til den ble tatt i bruk innen romfart på 1960-tallet. Det er nettopp innen romfart at hydrogen i første rekke har blitt brukt som energibÆrer de senere tiårene. Helt siden Apollo-programmet (1960–1972), har nedkjølt, flytende hydrogen blitt brukt som drivstoff. Hydrogen har vÆrt et av de foretrukne drivstoff i romfarten fordi hydrogen har et spesifikt energiinnhold som er nesten tre ganger så høyt som bensin og diesel. Hydrogen brukes også til elektrisitetsproduksjon og produksjon av vann i romfartøyer.

Ideene om «Hydrogenøkonomien» eller «hydrogensamfunnet» ble lansert i 1970-årene i kjølvannet av oljekrisen og den økende interessen for fornybar energi. Der så man for seg en omfattende utnyttelse av solenergi med hydrogen som medium for døgn- og sesonglagring, og for energitransport fra produksjonssted til forbrukssted.

4.2 NÆrmere om hydrogen

4.2.1 Hva er hydrogen?

Hydrogen (H) er det letteste grunnstoffet og har atomnummer 1 i det periodiske systemet. Det er estimert at hydrogen utgjør mer enn 90 prosent av universets atomer og omlag tre fjerdedeler av universets masse. Hydrogen er imidlertid nesten ikke tilgjengelig i naturen i fri tilstand, men må produseres fra et hydrogenholdig råstoff. Hydrogen finnes i organisk materiale, i biomasse og i fossile energikilder, men den største forekomsten av hydrogen er i vann. Hydrogenet kan på forskjellige måter skilles ut fra de hydrogenholdige forbindelsene og danne hydrogengass (H₂ ).

Hydrogen brukes i dag ikke som en kommersiell energibÆrer, men produseres industrielt ved petroleumsraffinering, ammoniakkproduksjon og metanolproduksjon. Dessuten anvendes hydrogen til herding av fett og oljer i matvareindustrien, i sveiseprosesser og ved reduksjon av metallholdig malm. Det produseres mer enn 500 milliarder Nm³ (normalkubikkmeter 6 ) hydrogen årlig. Energimengden i dette hydrogenet ville tilsvare 1,5 prosent av verdens totale energiforbruk i dag hvis det ble brukt til energiformål. Det er bare innen romfart, som rakettdrivstoff, og i mindre grad også til elektrisitetsproduksjon, at hydrogen brukes til energiformål.

4.2.2 Hydrogen er en energibÆrer

Hydrogen er ingen energikilde. Det må produseres fra et hydrogenholdig råstoff ved hjelp av energi. I energiterminologi betegnes hydrogen derfor som en energibÆrer. Hydrogen må på lik linje med andre energibÆrere, for eksempel bensin, elektrisitet, og fjernvarme, produseres fra en energikilde, for eksempel solenergi, vindkraft, biomasse eller naturgass. En energibÆrer overfører energi fra en energikilde til en sluttbruker som etterspør en energitjeneste, for eksempel oppvarming, transport eller belysning, jf. figur 4.1.

Kilde: «Hydrogen Energy and Fuel Cells – A vision of our future». Sluttrapport fra EU-kommisjonens High Level Group, 2003.

For at hydrogen skal yte en energitjeneste, må det ved sluttbruk omdannes til varme, mekanisk arbeid eller elektrisitet. Dette kan gjøres enten ved forbrenning eller ved direkte elektrokjemisk omvandling i en brenselcelle, jf. kapittel. 4.2.6. I begge tilfeller er den kjemiske hovedreaksjonen den samme:

2H₂ + O₂ Æ 2H₂ O + energi

Hydrogengass (H₂ ) reagerer med oksygengass (O₂ ) og danner vann (H₂ O) og energi. I en brenselcelle hentes energien ut i form av elektrisitet, men i en forbrenningsmotor eller turbin dannes det varme og trykk, som igjen skaper bevegelse.

4.2.3 Produksjon av hydrogen

Hydrogen kan produseres på ulike måter avhengig av energikilden. De mest utbredte måtene å produsere hydrogen på er reformering av fossile hydrokarboner, for eksempel naturgass, og elektrolyse av vann.

Reformering av hydrokarboner med vanndamp

Om lag 90 prosent av den årlige produksjonen av hydrogen i verden er basert på fossile råstoffer, for det meste naturgass. Produksjonsprosessen kalles dampreformering og er i grove trekk lik for både, naturgass, olje og kull. Forenklet kan produksjonens reaksjon uttrykkes slik:

CH₄ + 2H₂ O + energi Æ 4H₂ + CO₂

Naturgass, som i stor grad består av metan (CH₄ ), reagerer med vann (H₂ O) under høyt trykk og høy temperatur og danner hydrogen (H₂ ) og karbondioksid (CO₂ ). Hvorvidt hydrogen fra en slik prosess kan kalles miljøvennlig, avhenger av hvordan det andre sluttproduktet, klimagassen CO₂ , håndteres.

Prosessen utføres ved trykk på mellom 3 og 25 bar og temperaturer mellom 700 og 850 °C. Den eksterne varmen er ofte tilført ved å forbrenne en fraksjon av innkommende fødegass eller ved å forbrenne avgasser som for eksempel spylegass fra hydrogenrensesystemet.

Konvensjonell reformering av naturgass er i dag den mest brukte teknologien for produksjon av hydrogen i mellomstor og stor skala. Kostnadseffektiv CO₂ -separasjon og håndtering er en av hovedutfordringene for denne teknologien i framtiden. I USA trekkes kull fram som en av de viktigste energikildene til hydrogenproduksjon.

Kilde: Statoil

Elektrolyse av vann

Ved å lede strøm (elektrisk energi) gjennom vann, splittes vannet (H₂ O) opp til bestanddelene hydrogen (H₂ ) og oksygen (O₂ ) i gassform. Gassene utvikles ved elektrodene som er i kontakt med vannet. Forenklet kan reaksjonen uttrykkes slik:

2H₂ O + elektrisk energi Æ 2H₂ + O₂

Om hydrogenet produsert i en slik prosess er en miljøvennlig energibÆrer eller ikke, avhenger av om den elektriske energien produseres på en miljøvennlig måte, for eksempel fra en fornybar kilde.

Kilde: Norsk Hydro

Alkaliske elektrolysører er fortsatt den eneste teknologien som er fult ut kommersialisert. Andre teknologier er hovedsakelig tilgjengelig på demonstrasjonsstadiet, under utvikling eller er kommersielle i svÆrt liten skala. Videre utvikling er rettet mot å redusere størrelse og øke virkningsgrad. To andre typer elektrolysører er aktuelle: PEM-elektrolysører basert på samme teknologi som proton exchange membrane brenselceller (PEMFC), og høytemperaturelektrolyse basert på keramiske membraner med mye av samme teknologi som fastoksid brenselceller (SOFC). De første kommersielle PEM-elektrolysører er tilgjengelige, men med lav kapasitet og til en høy kostnad.

Biomasse

Hydrogen kan framstilles fra biomasse via flere forskjellige prosesser, for eksempel forbrenning, pyrolyse/gassifisering og fermentering. Fordeler med bruk av biomasse er at den er fornybar og nettobidraget av den CO₂ som slippes ut i atmosfÆren er lik null hvis uttaket av biomasse er i balanse med tilveksten. Den er også lokalt tilgjengelig og medfører lavt utslipp av SO_X og NO_X ved forbrenning.

Den mest lovende metoden for produksjon fra biomasse er dampgassifisering. Her oppnås en hydrogengass i en prosess med relativt høy virkningsgrad. Men gassen er «uren», og må derfor renses for svovelkomponenter (H₂ S) og andre forurensninger. Gassen kan brukes i en høytemperatur-brenselcelle (SOFC) for generering av elektrisitet og varme. Dette kan i fremtiden vÆre en foretrukket prosess på grunn av en relativt høy virkningsgrad sammenlignet med konvensjonelle prosesser hvor elektrisiteten produseres via en motor eller turbin og generator. Dette konseptet er imidlertid fortsatt på utviklingsstadiet og per i dag ikke en økonomisk konkurransedyktig produksjonsprosess for elektrisitet og varme.

Andre produksjonsmetoder

Det finnes en rekke andre produksjonsmetoder for hydrogen på forsknings- og utviklingsstadiet eller på et stadium der de demonstreres i liten skala. Det er foreløpig fundamentale teknologiske barrierer som må overvinnes før de kan bli aktuelle for hydrogenproduksjon i betydelig skala. De viktigste metodene er:

• Fotoelektrokjemisk produksjon . Hydrogen kan fremstilles direkte ved at vann splittes i en fotoelektrokjemisk prosess. Et slikt system kan beskrives som en kombinasjon av en fotovoltaisk solcelle og en elektrolysør. Dette kan gi bedre virkningsgrad samlet enn to separate systemer.

• Termokjemisk produksjon . Direkte splitting av vannmolekylet til hydrogen og oksygen ved bruk av termisk energi skjer spontant ved svÆrt høy temperatur (om lag 3000 °C). En kjede av flere mellomreaksjoner er nødvendig for å kunne splitte vannmolekylet ved lavere temperaturer. Energikilde for termokjemisk produksjon kan vÆre enten kjernekraft eller konsentrert solenergi.

• Fotobiologisk produksjon . Hydrogen kan framstilles ved at visse mikroorganismer, som for eksempel grønnalger eller blågrønnalger, utnytter energien fra sollyset i en spesiell fotosyntese. Dette muliggjør direkte konvertering av solenergi til kjemisk energi i form av hydrogen. Produksjon av hydrogen på denne måten har mange potensielle fordeler: Råstoffet (vann) er billig, energien (sollys) er fornybar og produksjonsmediet (mikroalger) er reproduserende. Prosessen har imidlertid dårlig virkningsgrad og er arealkrevende.

4.2.4 Lagring og distribusjon av hydrogen

Lagring av hydrogen på en måte som tar hensyn til økonomi, sikkerhet og energieffektivitet, er ansett som en barriere mot introduksjon av hydrogen som energibÆrer. Hydrogen ved vanlige atmosfÆriske betingelser er en meget lett gass med lav energitetthet, bare 3 kWh/m³ . For at bruk av hydrogen skal bli et reelt alternativ til andre drivstoff eller energibÆrere, må hydrogenet komprimeres eller man må på annen måte øke tettheten.

For de aller fleste stasjonÆre applikasjoner er volumet og vekten av lagringssystemet mindre viktig. I tillegg kan flerstegs kjemiske oppladings-/ utladingssykler ved høye temperaturer og trykk benyttes, og treg kinetikk (reaksjonshastighet) kan kompenseres med ekstra kapasitet.

De kritiske parametere knyttet til lagring av hydrogen i kjøretøy er langt vanskeligere å oppfylle enn for stasjonÆre applikasjoner. De må supplere nok hydrogen for en kjørelengde på om lag 500 km, lade og utlade hydrogen ved temperaturer nÆr romtemperatur og forsyne hydrogen hurtig nok for drift av biler, busser og lastebiler.

Komprimert hydrogen

Mesteparten av det hydrogenet som produseres i dag, håndteres og lagres som komprimert gass under trykk (CH2) i gassflasker eller større trykkbeholdere. Energiinnholdet per volum er 0,53 kWh/l ved 250 bars trykk. Lagringstrykket er avhengig av leveringstrykk for hydrogenet og hvilke mengder som skal lagres. Det er også en økonomisk avveining mellom tankstørrelse, materialvalg og kompresjonskostnader.

Lagringstanker for komprimert hydrogen laget i stål finnes kommersielt tilgjengelig helt fra mindre enn 10 Nm³ H₂ (= 1 kg H₂ ) til flere titusen Nm³ for industriformål. Lagringstrykket varierer fra mindre enn 10 bar til omkring 450 bar. Den mest vanlige løsningen for lagring og transport av hydrogen i Norge er 50 liters stålflasker med et trykk på 200 bar. Det er testet ut trykktanker for busser med et trykk på 440 bar i demonstrasjonsprosjekter, mens det er testet ut prototyper av komposittanker med et trykk på opp mot 700 bar. Energitapet ved komprimering av hydrogen er avhengig av temperaturen og forholdet mellom trykket før og etter komprimering.

Flytende hydrogen

Hydrogenet kan kjøles ned til –253 °C, hvor det går over i vÆskeform. Hydrogen i vÆskeform (LH2) har et energiinnhold per volum på 2,5 kWh /l. Teknologi for flytendegjøring og lagring av flytende hydrogen er langt utviklet og brukes ved lagring av hydrogen for romfart. Kryogene lagringstanker med såkalt «screen-vacuum» varmeisolasjon muliggjør effektiv lagring av flytende hydrogen uten for store avgassingstap. I kryogene lagringstanker kombineres lav temperatur med høyt trykk.

Energitapet for flytendegjøring varierer med størrelsen på anlegget. Generelt kan man si at om lag 30 prosent av energien i hydrogengassen (basert på nedre brennverdi) går tapt i prosessen. Dette gjør at flytende hydrogen er utelukket i energisystemer der energieffektiviteten er kritisk. Dessuten vil avdamping vÆre en utfordring med flytende hydrogen. Det betyr et en bil med nedkjølt flytende hydrogen på tanken ikke vil kunne stå i ukevis. Drivstoffet blir således «ferskvare» som fordampes over tid.

Lagring i faste stoffer

En rekke materialer kan lagre hydrogen i faste forbindelser. Man skiller mellom adsorpsjon på overflater og kjemisk absorpsjon. Adsorpsjon på overflater er mest effektivt ved lave temperaturer og i de fleste tilfeller er den reversible lagringskapasiteten ved romtemperatur ganske liten. To eksempler på slike systemer er mikroporøse materialer og karbon.

Mange metaller danner sammen med hydrogen såkalte metallhydrider, som er velegnet for reversibel hydrogenlagring. Ut i fra forskjeller i kjemiske egenskaper skilles det mellom to typer metallhydrider; interstitielle metallhydrider og komplekse metallhydrider. I begge typer foregår atomÆr lagring av hydrogen.

De metaller/legeringer som er aktuelle som lagringsmedium for hydrogen avgir varme når hydrogen tas opp. Kjøling kan derfor vÆre nødvendig ved opplading. Tilsvarende må varme tilføres for å frigi hydrogengass. Dette avhenger av applikasjonen, og hvor hurtig hydrogen frigjøres eller opptas. Generelt er fordelen ved lagring av hydrogen i metallhydrider at det kan oppnås en meget høy lagringstetthet ved alminnelig trykk og temperatur. Hydrogentettheten er større i mange metallhydrider enn i flytende hydrogen. I tillegg har lagring i metallhydrider den fordelen at de er faste stoffer som kan håndteres uten store problemer ved vanlige trykk og temperaturer.

Hydrogenrike forbindelser – hydrogenbÆrere

Hydrogen kan lagres i kjemiske forbindelser, for eksempel metanol, metan eller ammoniakk. Dette er forbindelser som gir en tilfredsstillende energitetthet for mange formål. Man er imidlertid avhengig av at hydrogenbÆreren prosesseres og avgir ren hydrogen ved sluttbruk, eller at brenselcellen kan håndtere slike forbindelser direkte. Fastoksidbrenselceller (SOFC) kan gå direkte på metan, uten ekstern reformering til hydrogen, og direktemetanolbrenselceller (DMFC) kan gå direkte på metanol uten ekstern reformering. For nÆrmere omtale av brenselceller, se kapittel 4.2.6.

Infrastruktur – sentral storskalaproduksjon eller småskala desentral

Forskjellige infrastrukturer og transportløsninger kan vÆre aktuelle for distribusjon av hydrogen. Hva slags energitjenester sluttbruker etterspør og lokalisering av produksjonssted vil avgjøre hvordan hydrogenet bør bringes fram. I områder med stor etterspørsel og rimelig nÆrhet til produksjonsstedet kan distribusjon av hydrogengass i rørledninger vÆre aktuelt. Bruk av eksisterende rørinfrastruktur for naturgass kan i noen sammenhenger vÆre et alternativ. For transport av store kvanta over lengre avstander kan flytende hydrogen i tanker på skip eller tankbil vÆre en mulighet. Disse infrastrukturløsningene er mest aktuelle i forbindelse med storskala hydrogenproduksjon, for eksempel ved naturgassreformering.

En av fordelene med hydrogen er imidlertid at den kan produseres fra flere energikilder, og at man ikke er avhengig av bare en sentral energikilde. Dette kan i fremtiden redusere noe av behovet for å transportere hydrogen over lange avstander. Hydrogenproduksjon i mindre skala kan foregå for eksempel i tilknytning til en fyllestasjon for kjøretøy. Produksjonen kan ha en eller flere energikilder, eller hente energi fra elektrisitetsnettet til elektrolyse.

4.2.5 Sikkerhet og standarder

Generelt er hydrogen ikke farligere enn andre brensel og drivstoff, men risikomomentene er til dels forskjellige og bruk av hydrogen krever tilpasset teknologi.

Hydrogengass er fargeløs og luktfri, og den er ikke giftig. Blandinger av hydrogen og luft er imidlertid eksplosive, med vide grenser for antennelse og detonasjon. En konsentrasjon på 18 volumprosent eller mer hydrogen i luft er eksplosjonsfarlig og vil kunne selvantenne. En gnist vil teoretisk kunne tenne helt ned mot 4 volumprosent hydrogen. Praktiske forsøk viser imidlertid at selv med gnist vil man ikke få antenning før ved 10 volumprosent hydrogen i luft. De fleste gnister vil til sammenligning også antenne damp av bensin og diesel, for disse allerede ved 1–2 volumprosent i luft. Hydrogen blander seg meget hurtig med luft og fortynnes dermed raskt til ufarlige konsentrasjoner. Utslipp av 2000 liter flytende hydrogen i friluft vil nå ufarlige konsentrasjoner i løpet av om lag 1 minutt. Hydrogenflammen beveger seg 10 ganger raskere enn flammer fra hydrokarboner og brenner uten synlig flamme. Varmestrålingen fra en hydrogenflamme er mye lavere enn stråling fra hydrokarbonflammer. Det betyr redusert risiko for at nÆrstående stoffer tar fyr eller at mennesker skades.

Man må vÆre omhyggelig ved valg av materialer og konstruksjon av utstyr for hydrogen. Gassen har lett for å lekke gjennom små sprekker, pakninger og liknende, fordi hydrogenmolekylene er så små. Hydrogen diffunderer inn i stål og andre metaller. Dette kan forårsake materialsprøhet («hydrogensprøhet») som kan svekke materialet og gi brudd. Disse problemene kan imidlertid ivaretas ved tilstrekkelige sikkerhetsforanstaltninger.

I lukkede rom er det viktig med utluftningsmuligheter på de høyeste punktene i taket, og en må ha gode og pålitelige detektorer som gir alarm ved lekkasje av hydrogen. Ute i friluft er det liten sannsynlighet for eksplosjoner, fordi hydrogen som lekker ut vil forsvinne fort til vÆrs på grunn av sin lave tetthet. Dette i motsetning til tyngre gasser som propan eller bensindamp, som vil samles opp nÆr bakken og utgjøre stor eksplosjonsfare. En bensinbrann i en bil varer i for eksempel 20 minutter, mens en tilsvarende hydrogenbrann er over på tiendeparten av den tiden.

En viktig forutsetning for utbredelsen av hydrogen er at det defineres internasjonale standarder og sikkerhetskriterier for forskjellige egenskaper ved hydrogen til energiformål og teknologier knyttet til hydrogenbruk. Det må for eksempel vÆre mulig å fylle en hydrogenbil i forskjellige land uten risiko for at man fyller hydrogen med feil renhet eller feil påfyllingstrykk.

4.2.6 Sluttbruk av hydrogen

Den kjemiske energien som er bundet i hydrogen må omvandles til varme eller til elektrisk energi for å kunne nyttiggjøres. Som energibÆrer kan hydrogen anvendes på to måter:

• Ved forbrenning, hvor hydrogen omvandles til varme og mekanisk energi i en forbrenningsmotor i et kjøretøy, eller til elproduksjon i et varmekraftverk.

• Ved direkte elektrokjemisk omvandling til elektrisk energi (og varme) i en brenselcelle.

Totalreaksjonen er den samme i en brenselcelle som i en vanlig forbrenning:

2H₂ + O₂ Æ 2H₂ O + energi

Hydrogenbrennere, forbrenningsmotorer og turbiner

Hydrogen kan forbrennes i hydrogenbrennere, forbrenningsmotorer og gassturbiner.

Hydrogenbrennere er i dag i bruk i noen få større industrielle prosesser for å produsere varme i størrelsesorden 1 MW. Teknologien er tilsvarende for naturgassbrennere. Forbrenning av hydrogen skjer ved svÆrt høy temperatur, slik at dannelse av NO_X kan vÆre et problem.

Forbrenningsmotoren , eller Ottomotoren, er i utgangspunktet egnet for drift på hydrogen. Forbrenningsmotorer kan brukes både til drift av kjøretøy og ved stasjonÆr kraft og varmeproduksjon. Teknisk sett kan forbrenningsmotorer for hydrogen anses for å vÆre tilgjengelig med sammenlignbare ytelser som dagens bensinmotorer. Bilprodusenten BMW gjennomførte en «verdensturne» med hydrogenbiler som kunne kjøre både på hydrogen og naturgass som drivstoff, for å demonstrere teknologien. Forbrenningsmotorene har imidlertid ikke så god virkningsgrad som brenselceller.

Gassturbiner som går på hydrogen har, i likhet med hydrogenbrennere og forbrenningsmotorer, høy forbrenningstemperatur. Dette gjør at hydrogenet ofte tilføres i blanding med andre gasstyper for å senke temperaturen og dermed unngå dannelse av NO_X . Virkningsgraden ved bruk av hydrogen som brenngass i større turbiner er anslått til om lag 40 prosent. Større gassturbiner vil vÆre mest egnet i store sentrale kraftgenereringsanlegg i kombinert syklus (Combined Cycle) med dampturbiner, gjerne integrert i et gassprosesseringsanlegg og med CO₂ -håndtering 7 .

Brenselceller

En brenselcelle fungerer i prinsippet på samme måte som et batteri bortsett fra at reaktantene (hydrogen og oksygen) ikke er lagret inne i cellen, men tilføres cellen utenfra. Hydrogen kan komme fra en lagertank og oksygen fra lufta i omgivelsene. Virkemåten for eksempelvis en PEM-brenselcelle kan forenklet beskrives slik: Hydrogen i gassform (H₂ ) blåses inn i cellen, oksideres på anoden og frigjør to elektroner (e^– ) og to protoner (H⁺ ) ved hjelp av en katalysator. Protonene ledes deretter gjennom den protonledende membranen, mens elektronene går i en elektrisk strøm i en ytre krets og driver den elektriske lasten, for eksempel en elektromotor. Elektronene strømmer til katoden der de sammen med protonene og oksygen danner vann, som er det eneste sluttproduktet fra en slik reaksjon, jf figur 4.4.

Anodereaksjon: 2H₂ Æ 4H⁺ + 4e^–

Katodereaksjon: 4H⁺ + 4e^– + O₂ Æ 2H₂ O

Totalreaksjon: 2H₂ + O₂ Æ 2H₂ O + energi

Kilde: Ballard Power Systems Inc.

En rekke brenselceller er utprøvd i laboratoriet og noen er også kommersialiserte. Brenselceller kan inndeles etter arbeidstemperatur; høytemperaturceller over om lag 500 °C, og lavtemperaturceller under om lag 200 °C. De gis gjerne navn etter hvilken type elektrolytt som benyttes.

Lavtemperaturceller:

Alkaliske brenselceller (Alkaline Fuel Cells – AFC). Denne brenselcellen er brukt mye innen romfart. Den må ha svÆrt rent hydrogen som drivstoff og har en virkningsgrad på om lag 50 prosent. Arbeidstemperaturen er vanligvis 70–100 °C, mens trykksatte systemer kan operere opp til 200 °C. Alkaliske celler har lav energitetthet, hvilket betyr at cellene blir voluminøse. Disse har trolig kun potensial for mindre enheter (inntil 50 kW) for stasjonÆre applikasjoner, men kostnadene er lavere enn de andre celletypene.

Protonledende membranbrenselceller (Proton Exchange Membrane – PEMFC) er en brenselcelle det for tiden er rettet mye oppmerksomhet mot. De er enkle og kompakte, har arbeidstemperatur 60–80 °C, har høy ytelse og passer svÆrt bra for bruk i kjøretøyer. De må ha edelmetallkatalysator. Disse forgiftes imidlertid lett av CO-rester i hydrogen fra reformeringsprosesser. Virkningsgraden ligger på typisk 45 prosent. Virkemåten for en PEM-brenselcelle er illustrert i figur 4.4.

Fosforsyrebrenselceller (Phosphoric Acid – PAFC). Brenselcellene har vÆrt kommersielt tilgjengelig siden tidlig på 90-tallet og brukes til kraft-varmeproduksjon. Det finnes mer enn 200 slike brenselceller (hver på 200 kW) i bruk i dag, knyttet til hoteller, postvesen, sykehus, militÆre anlegg, med mer. Virkningsgraden ligger på om lag 40 prosent (elektrisk). I tillegg kan varme utnyttes slik at totalvirkningsgraden kan bli over 70 prosent. Arbeidstemperaturen ligger på om lag 200 °C. Dette er den eneste brenselcelleteknologien som per i dag kan vise til stabil drift over 5 år (40 000 timer).

En ny type høytemperaturmembraner som tåler 200 °C, og dermed også CO fra reformert naturgass eller andre hydrokarboner/alkoholer, er under uttesting. Blant annet er NTNU med i et EU-prosjekt på dette. Membranen benytter fosforsyre som protonleder (en hybrid mellom PEMFC og PAFC).

Direkte metanol brenselceller (Direct Methanol – DMFC) benytter ikke-reformert metanol som brensel. Brenselcellen er egnet for små bÆrbare applikasjoner, for eksempel bÆrbare datamaskiner, eller for mobile kraftkilder. Virkningsgraden er om lag 30 prosent, mens arbeidstemperatuen ligger på opp til 80–90 °C. Metanoldrevne brenselceller for høyere temperaturer (omlag 200 °C) er under utvikling. For disse cellene spaltes metanol til hydrogenrik gass i en reformer før den tilføres cellene.

Høytemperaturceller:

Karbonatsmeltebrenselceller (Molten Carbonate – MCFC) er egnet for stasjonÆr kraft-varmeproduksjon i større enheter. Hydrogen eller CO kan brukes som brensel og virkningsgraden ligger på om lag 50 prosent. Arbeidstemperaturen er 600–700 °C. Disse cellene kan også kombineres med mikrogassturbiner. Større anlegg (opptil 3MW) er i designfasen. Denne type brenselceller egner seg godt for utnyttelse av gasser fra avfallsdeponier.

Fastoksidbrenselcellene (Solid Oxide – SOFC) er egnet for stasjonÆr kraft-varmeproduksjon for husholdninger og for anvendelser opptil noen 100 kW. Større systemer er ventet i fremtiden. Den kan bruke naturgass som brensel og har en elektrisk virkningsgrad på om lag 45 prosent. Arbeidstemperaturen er typisk 800–1000 °C. Den høye arbeidstemperaturen gjør det mulig å kombinere fastoksidbrenselcellene med gassturbiner og få elektriske virkningsgrader på 60–70 prosent. Utnyttes varmen i tillegg, kan totalvirkningsgraden nå om lag 80 prosent.

Teknologiske utfordringer:

AFC og PEMFC er utprøvd i systemer på noen titalls kW, MCFC og SOFC i 200–300 kW størrelse. PAFC system er testet i flere MW-størrelser, den største på 11 MW.

Før brenselceller slår gjennom kommersielt innen de viktigste anvendelsesområdene, transport og stasjonÆr kraft-varmeproduksjon, er det en rekke teknologiske utfordringer som må løses. De viktigste er:

• Redusere bruken av dyre materialer og edelmetaller, for eksempel i katalysatorer.

• Utvikle nye, mer stabile materialer slik at ytelsen og levetiden kan økes.

• Redusere vekt og størrelse. Dette gjelder i første rekke brenselceller for transportformål og bÆrbare applikasjoner.

5 Internasjonal satsing på hydrogen

5.1 Innledning – oppsummering

Satsingen på hydrogen og brenselceller har internasjonalt fått et betydelig løft i de siste årene. Det er brukt økte ressurser på forskning og utvikling (FoU) samtidig som internasjonale initiativ for økt samarbeid over landegrensene er etablert. En rekke land er i ferd med lage strategier for sin satsing.

I en globalisert verden med økende energietterspørsel, usikkerhet rundt oljeleveranser fra urolige områder og internasjonale klimaavtaler, blir hydrogen sett på som en fremtidig løsning. En overgang som innebÆrer at hydrogen tas i bruk som energibÆrer vil innebÆre store muligheter for nÆringslivet. Dette har gjort bilindustrien verden over til en av de viktigste drivkreftene. Land som Japan, USA, Tyskland og Canada er da også i teten innenfor satsingen.

Et fellestrekk ved landenes satsinger er det tette samarbeidet mellom myndigheter, industri og akademia. Det er videre en felles oppfatning om at hydrogen på lang sikt muliggjør en miljøvennlig energiforsyning, at fossile energikilder må kunne brukes i en overgangsperiode, og at CO₂ -håndtering vil gjøre også fossile energikilder miljøvennlig akseptable. SÆrlig i USA og Japan, men også i EU, er forsyningssikkerhet og en økende oljeimportavhengighet en viktig begrunnelse for hydrogensatsingen. Med hydrogen som energibÆrer, vil nasjonale energikilder kunne utnyttes i større grad og redusere denne avhengigheten.

Japan har helt siden oljekrisen i 1973 hatt en betydelig satsing på energiforskning, herunder brenselceller og hydrogen. Innenfor brenselcelleforskningen er bilindustrien den viktigste pådriveren. En erklÆrt målsetting er at 50 000 brenselcellekjøretøy skal vÆre på det japanske markedet innen 2010, og 5 millioner innen 2020.

Amerikanske myndigheter har i de siste par årene gått inn i hydrogen- og brenselcellesatsingen med tyngde både nasjonalt og internasjonalt. Offentlige midler til hydrogenrelatert FoU økte med 60 prosent fra 2003 til 2004. Hydrogenprogrammet styres etter en rekke kostnads- og ytelseskrav som må imøtekommes før en forventer at markedet kan ta kommersielle beslutninger. I tillegg har mange amerikanske stater egne hydrogenprogram. California Fuel Cell Partnership (se boks 5.2) er spesielt kjent. USA tok våren 2003 initiativ til International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE ).

Canadas satsing var i utgangspunktet knyttet til utviklingen av brenselceller, og landet har i dag en av verdens mest betydelige brenselcelleprodusenter (Ballard). I dag satses det bredt på hydrogenrelaterte teknologier som et svar på klimautfordringene og for å posisjonere seg for et potensielt internasjonalt marked.

EUs hydrogen- og brenselcellesatsing har til nå vÆrt knyttet opp til rammeprogrammene for forskning. Med EU-kommisjonens vedtak i januar 2004 om å opprette en egen organisasjon for koordinering av FoU innen hydrogen og brenselceller, har satsingen fått en mer synlig plass. Medlemslandene har i ulik grad hatt egne satsinger. Tyskland har hatt den mest betydelige. Island har satt seg som mål å bli verdens første hydrogenøkonomi.

Hydrogen- og brenselcellesatsingen er preget av utstrakt internasjonalt samarbeid. Slik kan en legge til rette for samordnede satsinger, begrense kostnadene og fremskynde overgangen til et hydrogensamfunn. Norge er aktivt med i dette samarbeidet, både gjennom deltakelse i EUs rammeprogram for forskning og den nye organisasjonen EUs Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform, International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE), Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF) og Det internasjonale energibyrået (IEA) med flere. I tillegg har vi inngått bilaterale samarbeidsavtaler med USA og Japan som omfatter hydrogen og brenselceller. Dette gir mulighet for norsk industri og forskningsmiljøer til å delta i viktige internasjonale prosjekter.

5.2 Japan

5.2.1 Bakgrunnen for hydrogensatsingen

Japan importerer rundt 80 prosent av sin primÆrenergi, hvorav olje står for mer enn halvparten. Samtidig er landet verdens største importør av LNG, og tar mer enn 50 prosent av det som er på verdensmarkedet. De to oljekrisene i 1970-årene demonstrerte sårbarheten i den japanske energistrukturen. Stabil og sikker tilførsel av energi har derfor stått sentralt i energipolitikken.

Myndighetenes overordnede målsetning kan kort beskrives gjennom de «3 E’er: Energy Security, Economic Growth og Environmental Protection». Disse målene er igjen knyttet til utfordringer som knapphet på energiressurser, økning i energibehovet og global oppvarming. Statsminister Koizumi har fremhevet hydrogen og brenselceller som ledd i et fremtidig bÆrekraftig energisystem ved flere anledninger:

«Fuel cell vehicles have come to market in Japan earlier than anywhere in the world … The fuel cell is the key to opening the doors to a hydrogen economy.»

Han har også offisielt kjørt de to første prekommersielle brenselcelledrevne bilene i verden som ble lansert av Honda og Toyota i desember 2002.

Det er et mål å bruke flere nasjonale kilder til energiproduksjon og legge til rette for en mer diversifisert energiforsyning. Hydrogen som energibÆrer skal vÆre med på å skape fleksibilitet og økt forsyningssikkerhet. Aktuelle hydrogenkilder i et mer langsiktig perspektiv er blant annet biprodukt fra industri, petroleum, naturgass, vannkraft, sol, vind og biomasse. Desentralisert energiproduksjon og små stasjonÆre brenselcelleanlegg vil kunne redusere belastningen på elektrisitetsnettet, sÆrlig i august og september da behovet for klimakjøling er størst.

Myndighetene har i sin overordnede FoU-politikk prioritert åtte fagretninger for å kunne få den japanske økonomien på fote og samtidig sikre en bÆrekraftig utvikling. Energi og miljø er to av disse. Brenselcelle- og hydrogensatsingen åpner opp for nye nisjer for eksisterende industri og muligheter for etablering av ny industri.

Japan har gjennom sin raske økonomiske vekst etter krigen opplevd store lokale miljøproblemer. Problemene toppet seg i 1970-årene og ulike tiltak har vÆrt iverksatt. Målet er å vÆre et foregangsland innenfor bÆrekraftig utvikling. Japan ratifiserte Kyoto-protokollen i mai 2002 og har forpliktet seg til å redusere sine utslipp av klimagasser med 6 prosent sammenliknet med 1990-nivå. Fornybar energi, og hydrogen brukt i brenselceller, er sett på som en viktig plattform for utvikling av et bÆrekraftig samfunn med fortsatt økonomisk vekst. Japanerne ser på en transisjonsfase med bruk av fossile brensel som nødvendig for å opparbeide seg tilstrekkelig erfaring for et hydrogensamfunn basert på fornybar energi.

5.2.2 Samspillet mellom myndigheter, industri og akademia

Den lange tradisjonen med koordinert nasjonal satsing innen energisektoren med deltakelse fra industri og akademia, har vÆrt et viktig utgangspunkt for planlegging, implementering og praktisk gjennomføring av hydrogen- og brenselcellesatsingen. Aktørene deltar i alle faser i satsingen, fra utformingen av politikken til gjennomføring av FoU- og demonstrasjonsprosjekter.

På myndighetssiden deltar først og fremst Ministry of Economy, Trade and Industry (METI). METI er den største bidragsyteren til nasjonale programmer og har den sterkeste innflytelsen på utformingen av overordnet energipolitikk. De akademiske miljøene er først og fremst representert ved universitetene og ulike forskningsinstitutter. Fra industrien er det hovedsakelig fire typer aktører:

• Bilprodusenter

• Produkt- og systemleverandører for stasjonÆre brenselceller

• Energileverandører (både elektrisitet og gass)

• Brukere (hovedsakelig prosessindustri)

Bilindustrien er lokomotivet i den integrerte industriutviklingen. Bransjen sitter tradisjonelt sett på toppen i en verdipyramide, der de styrer et samspill mellom mindre industriaktører innenfor krevende teknologiområder. Et slikt samspill gjør at utviklingen av brenselcelleteknologi lettere kan gjøres operativ. En satsing på hydrogen og brenselceller kan styrke industriens konkurranseevne.

Opprettelsen av Policy Study Group for Fuel Cell Commercialization i 1999 har vÆrt et viktig grunnlag for et forpliktende samarbeid mellom aktørene. Studiegruppen ledes av akademia. Formålet har vÆrt å etablere en nasjonal politikk som skal legge til rette for kommersialisering av brenselceller. Industriens involvering ble ytterligere forsterket i 2001 med etableringen av en operativ privat organisasjon kalt Fuel Cell Commersialization Conference of Japan . Organisasjonen har 137 medlemmer, hovedsakelig fra industrien. Organisasjonen skal bidra til å løse utfordringer knyttet til praktiske anvendelser av brenselceller gjennom et tett samspill med studiegruppen.

5.2.3 Målsetninger

I kjølvannet av oljekrisene satte Japan i gang en storstilt satsing på forskning og utvikling gjennom langsiktige nasjonale programmer:

• Sunshine project (FoU på fornybar energi – startet 1974)

• Moonlight project (FoU på energieffektivisering – startet 1978)

• Global Environment Technology Project (FoU på energiteknologi relatert til klimapåvirkning).

Disse ble i 1993 slått sammen til New Sunshine Project for å skape en mer helhetlig og integrert satsing på energiforskningen. I alle prosjektene har industrien deltatt i tett samarbeid med nasjonale forskningsinstitutter. Samarbeidet er koordinert gjennom den halvoffentlige organisasjonen NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization). NEDO er løst knyttet til METI.

WE-NET-programmet

I 1993 ble det første nasjonale hydrogenprogrammet WE-NET (World Energy Network Program) initiert under New Sunshine Project. Dette var et supplement til de eksisterende brenselcelleprogrammene som la vekt på utviklingen av selve brenselcellen. Målet var å skaffe seg erfaring med et hydrogenbasert system og å legge til rette for kommersiell introduksjon av brenselceller gjennom utvikling av infrastruktur, demonstrasjoner og uttestinger. I en overgangsfase tenkte en seg produksjon av hydrogen fra naturgass, men på lang sikt skulle en legge til rette for hydrogen fra fornybare kilder som kunne tilføres landet via et internasjonalt nettverk (derav navnet på programmet). Programmet ble avsluttet i mars 2003 til fordel for mer kortsiktige og markedsspesifikke satsinger. WE-NET-programmet var delt inn i to faser:

• Fase 1 (1993–1999): FoU-satsing på transport, lagring og sikkerhet

• Fase 2 (1999–2003): Verifikasjon av teknologi og infrastrukturløsninger

Japans «veikart»

I samarbeid med industrien har japanske myndigheter lagd et «veikart» som har satt nye milepÆler for praktisk anvendelse og kommersialisering av hydrogen og brenselceller. Målet er å implementere «Utviklingsstrategi for brenselcelleteknologi» av 8. august 2001. Japanernes satsing er sÆrlig rettet mot sluttbrukersiden, og bygger på WE-NET-programmet. Satsingen omfatter forskning, demonstrasjon og markedsintroduksjon med sÆrlig vekt på membraner, katalysatorer, lagring av hydrogen, ombord reformering og Gas-To-Liquid-teknologi (GTL). Videre har Millennium Project (2000–2004) som mål at Japan skal lede an internasjonalt for etablering av koder, standarder, reguleringer og testmetoder. Det vil kunne gi japansk industri konkurransefortrinn.

Det er satt tallfestede kostnadsmål for brenselceller:

• Kostnad for brenselcelle i kjøretøy skal vÆre mindre enn 5 000 Yen/kW 8 .

• Kostnad for stasjonÆr brenselcelle skal vÆre mindre enn 300 000 Yen per enhet for husholdninger og mindre enn 150 000 Yen/kW for forretningsbygg.

Det er skissert en strategi i tre faser med tilhørende målsettinger:

2000–2005: Basisutvikling og demonstrasjonsfase for teknologi

• Videreføre aktiviteter, programmer og demonstrasjonsprosjekter som har vÆrt gjennomført med industri og akademia innen FoU (jf. kapittel 5.2.4)

• Utvikle regelverk og standarder med tanke på internasjonal harmonisering.

2005–2010: Introduksjonsfasen for brenselceller

Dette er den prekommersielle fasen for introduksjonen av praktiske brenselcelleapplikasjoner. Større pålitelighet og reduserte kostnader er en forutsetning. Målene er:

• Å starte installasjon av effektive leveransesystemer for hydrogen eller hydrogenrikt brensel til brenselcelleapplikasjonene

• 50 000 brenselcelledrevne kjøretøy i det japanske markedet

• Å øke utbredelsen av stasjonÆre brenselceller i det japanske markedet opp til totalt 2,1 GW installert elektrisk effekt

• Å oppnå en markedsstørrelse i Japan tilsvarende 1 billion Yen (10¹² ) (70 milliarder kroner)

2010–2020: Markedspenetrering

I denne fasen tror japanerne at det er mulig å la markedsutviklingen skje under kommersielle betingelser. Det må fortsatt satses på kostnadsreduksjon fra industriens side. Det kommer til å vÆre behov for videre utbygging av logistikkjeder for hydrogen som følger den forventede veksten i markedet. Målene er:

• 5 millioner brenselcelledrevne kjøretøy i det japanske markedet

• Å øke utbredelsen av stasjonÆre brenselceller i det japanske markedet opp til totalt 10 GW installert elektrisk effekt

• Å oppnå en markedsstørrelse i Japan tilsvarende 8 billioner Yen (8 x 10¹² ) (600 milliarder kroner)

5.2.4 Virkemidler

5.2.4.1 FoU-program

Japan har arbeidet systematisk med utvikling av brenselceller helt siden oljekrisene. Noe av dette har vÆrt drevet gjennom myndighetsfinansierte programmer, med sterk involvering fra industrien. I denne 30-årsperioden har myndighetene brukt over 200 milliarder Yen (13 milliarder kroner) på utvikling av ulike brenselcelleteknologier. Grunnleggende aktiviteter, spesielt relatert til materialteknologi, har vÆrt drevet parallelt fra universiteter og forskningsinstitutter. I tillegg har industrien hatt en egen storstilt satsing.

Følgende program rettet mot brenselceller har vÆrt gjennomført i Japan:

Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC):

• Utvikling og testing, 200–1000 kW anlegg (1983–90)

• Prototyper, 1000–5000 kW anlegg (1991–97)

• Demonstrasjonstesting (1992– )

Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC):

• Utvikling og testing, 10–100 kW stack 9 (1984–86)

• Prototyper, opp til 1000 kW anlegg (1992–99)

• Prototyper, 300 kW system (2000–04)

Solid Oxide Fuel Cell (SOFC):

• Utvikling og testing, 100 kW stack (1989–95)

• Utvikling og testing, kW-klasse stack (1992–00)

• Testing av 1–20 kW moduler (2001–04)

Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC):

• Utvikling og testing, 1 kW stack (1992–95)

• Testing av 2, 10, 30 kW systemer (1995–00)

• Videre FoU og testing (kjøretøy og stasjonÆre anlegg) (2001–04)

Det er rettet størst oppmerksomhet mot utviklingen av PEMFC. Denne brenselcellen blir ansett som best egnet for kjøretøy og små stasjonÆre anlegg. Videre satses det på SOFC til storskala anlegg med høy effektivitet med mulighet for utnyttelse av spillvarme. Ellers består satsingen i:

• Utvikling av anvendelig komponentteknologi (blant annet membraner, separerende materialer, elektroder, katalysatorer, teknologi for lagring av hydrogen og reduksjon i bruk av kostbare materialer, som for eksempel platina)

• Utvikling av reformerteknologi for hydrokarbonbrensel (blant annet metanol, Dimethyl-ether (DME) og Gas To Liquid-teknologi (GTL))

• Utvikling av grunnleggende teknologi for sikker bruk av hydrogen (innsamling av tekniske data, infrastruktur)

• Utvikling av mikrobrenselceller for bruk i blant annet mobiltelefon, bÆrebare datamaskiner og liknende

Sammenliknet med tidligere FoU-programmer, legger myndighetene nå opp til en tettere evaluering og justering underveis, både når det gjelder utbygging av infrastruktur og hvordan industriaktivitetene utvikler seg. I tråd med de målene myndighetene operer med frem mot 2020, vil oppmerksomheten vÆre rettet mot forbedret ytelse og kostnadsreduksjon.

5.2.4.2 Demonstrasjonsaktiviteter for markedsintroduksjon

Japan bruker store ressurser på å teste ut og demonstrere «state of the art» teknologi i realistiske omgivelser. I tillegg til å teste ut hvor gode produktene er i seg selv, er målet å forberede sluttbrukere og relevante myndigheter på hydrogensamfunnet. Japan ønsker videre å lede an i forhold til utvikling av standarder globalt («Millennium project») og ser på demonstrasjonsprosjektene som viktige i så måte.

Verifikasjon av brenselceller skal bidra til å bedre forståelse i samfunnet for hydrogen og brenselceller gjennom implementering og demonstrasjon under virkelige forhold. Videre skal prosjektene skaffe til veie data og informasjon om utslipp, energieffektivisering, standard på brenselskvalitet og sikkerhet. Prosjektene er knyttet til:

Testing av brenselcelledrevne biler og hydrogen fyllestasjoner

Etter at to pilotfyllestasjoner ble installert i Osaka (reformer) og Takamatsu (elektrolysør), er oppmerksomheten rettet mot uttesting i Tokyo-regionen gjennom Japan Hydrogen and Fuel Cell -prosjektet. Prosjektet demonstrerer og tester brenselcelledrevne kjøretøy på offentlige veier, samt ulike typer fyllestasjoner. De tre japanske bilprodusentene Toyota, Honda og Nissan, i tillegg til DaimlerChrysler og General Motors, vil teste sine kjøretøy. Det er bygd seks permanente fyllestasjoner i området og en mobil fyllestasjon i regjeringskvartalet. Hydrogenkilder som biprodukt fra industriell sodiumproduksjon, LPG 10 , flytende hydrogen, metanol, nafta og lav-svovel bensin utprøves og sammenliknes. Tre nye fyllestasjoner planlegges bygget i Tokyo og Yokohama-området i løpet av våren.

Testing av stasjonÆre brenselceller

Dette er demonstrasjonsprosjekter for mindre stasjonÆre PEMFC (1–5 kW elektrisk effekt). 31 demonstrasjonssteder er valgt for å teste egenskapene under ulike klimaforhold og bruksmønster. Samtidig skal man evaluere hvordan stasjonÆre brenselceller kan påvirke kraftnettet. Prosjektene er delt inn i fire kategorier: Kaldt klima, tettbebygde strøk, tett trafikkerte områder og industriområder, samt kystområder. Fire ulike hydrogenkilder er brukt: Naturgass/CNG, LPG, parafin og nafta.

Japanske myndigheter er videre opptatt av deregulering for å legge til rette for tidlig markedsintroduksjon. Eksisterende lov- og regelverk er ikke tilpasset den anvendelsen hydrogen forventes å få, spesielt i forhold til lagring og transport i tettbygde strøk. En regjeringsutnevnt gruppe er nedsatt for å se på hvordan man gjennom testing og verifisering kan tilpasse regelverket på en forsvarlig måte og i takt med den introduksjonsplanen som er laget.

5.2.5 Offentlig støtte

Fra myndighetsiden er Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) og Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) de største bidragsyterne. Industriens satsing innenfor hydrogen- og brenselcellerelatert FoU og demonstrasjon er betydelig, men vanskelig å tallfeste.

METI hadde et budsjett for hydrogen- og brenselcellesatsingen på 30,7 milliarder Yen (2,0 milliarder kroner) i 2003, fordelt på følgende måte:

• Utvikling PEMFC teknologi – 5,3 milliarder Yen

• Hydrogenteknologi/produksjonsanlegg – 7,6 milliarder Yen

• Demoprosjekt PEMFC applikasjon – 10,6 milliarder Yen

• Utvikling SOFC teknologi – 3,6 milliarder Yen

• Demoprosjekt SOFC teknologi – 3,6 milliarder Yen

I METIs budsjett for 2004 er det forslått å sette av 34,1 milliarder Yen (2,2 milliarder kroner).

MEXT hadde i budsjettet for 2003 satt av 500 millioner Yen til et nanoteknologi/materialprosjekt kalt Next Generation Fuel Cell (2003–2007). Tall for 2004 foreligger ikke.

I tillegg er det lagt til rette for at sentrale og lokale myndigheter i samarbeid kan støtte stasjonÆre anlegg med opp til to tredjedeler av investeringskostnadene. Den samlede budsjetteramme for slik støtte blir bestemt årlig. Subsidier ved kjøp av brenselcelledrevne kjøretøy vil bli diskutert i tiden som kommer.

5.3 USA og Canada

I hoveddelen av kapitlet omtales USAs satsing. I kapittel 5.3.5 omtales den kanadiske satsingen.

5.3.1 Bakgrunnen for hydrogensatsingen i USA

USAs energipolitikk har i stadig større grad oppmerksomheten rettet mot forsyningssikkerheten. Det dreier seg i første rekke om å redusere USAs avhengighet av utenlandsk olje. USA bruker i dag 20 millioner fat olje per dag, hvorav 2/3 til transportformål. Over halvparten, 54 prosent, av oljen er importert. Det forventes at importbehovet vil øke til 68 prosent innen 2025. Variasjoner i oljeprisen slår direkte ut i den amerikanske økonomien. Hydrogensatsingen imøtekommer behovet for en mer diversifisert og fleksibel energiforsyning hvor nasjonale energikilder som fossile brensel, fornybare kilder og atomkraft kan brukes til produksjon av hydrogen. Slik skal amerikansk økonomi bli mindre sårbar. Ved å vÆre langt framme innenfor hydrogen, ser amerikanerne også muligheter for konkurransemessige fortrinn for amerikansk bilindustri.

USA ser på satsingen på hydrogen som en viktig del av sin langsiktige klimapolitikk. USA har imidlertid ikke underskrevet Kyoto-avtalen. I forbindelse med bruk av fossile energikilder til produksjon av hydrogen, er man opptatt av mulighetene for å skille ut og lagre CO₂ . Det legges også vekt på at bruk av hydrogen vil bidra til å redusere lokal forurensning. Under merkelappen økt energieffektivitet, blir brenselcellene trukket fram som mer effektive enn forbrenningsbasert elproduksjon. Økt energieffektivitet er i tråd med den overordnede energipolitikken.

5.3.2 Målene for hydrogensatsingen og prosessen bak

I november 2001 samlet Department of Energy (DOE) 50 representanter fra myndighetene og industrien for å lage en «National Hydrogen Vision». Rapporten National Vision of America’s Transition to a Hydrogen Economy – to 2030 and Beyond, ble publisert i februar 2002. Der heter det at hydrogen i et langsiktig perspektiv har potensial til å løse amerikanernes utfordringer knyttet til forsyningssikkerhet, lokal forurensning og klimagasser. En slik overgang forutsetter myndighetenes deltakelse og et tett samarbeid med industrien. Initiativet ble fulgt opp politisk i januar 2002 gjennom energiminister Spencer Abrahams lansering av FreedomCAR Partnership som er nÆrmere omtalt i 5.3.3.2.

Visjonen ble fulgt opp av A National Hydrogen Energy Roadmap i november 2002. Dette veikartet var et resultat av et bredt samarbeid mellom DOE og 200 tekniske eksperter fra industri, akademia og nasjonale laboratorier. Det peker på viktige utfordringer og skisserer nødvendige tiltak for å kunne realisere hydrogenvisjonen. Et tett og langsiktig samarbeid mellom myndigheter og industri, hvor de teknologiske utfordringene sees i sammenheng, vil vÆre en forutsetning for å lykkes.

DOE la i februar 2004 frem en plan (Hydrogen posture plan), der de ser for seg flere tiår før markedet kan overta og myndighetene trekke seg ut, jf. figur 5.1. Fase 1 omfatter forskning, utvikling og demonstrasjoner knyttet til avgjørende teknologivalg. Parallelt må det etableres sikkerhetsrutiner, regelverk og standarder før en kan satse bredt på utbygging av infrastruktur. Målet er å bringe teknologiene så langt at det er grunnlag for å ta kommersielle beslutninger i 2015. Det vil fortsatt vÆre behov for forskning på avanserte produksjonsteknologier etter at kommersielle beslutninger er tatt. I fase 2 satses det på markedsintroduksjon. Fra 2010 kan det vÆre interesse for utvalgte stasjonÆre hydrogenløsninger, bÆrbare produkter og liknende. Myndighetene kan stimulere markedet gjennom ulike virkemidler og ved å påta seg en rolle som tidlig bruker av hydrogenløsninger. Fase 3 innledes av kommersielle beslutninger om brenselcellekjøretøy i 2015 og følges opp med utvidelse av markedet og en bred satsing på infrastruktur. Myndighetene vil fortsatt ha en rolle i utviklingen av infrastrukturen. Fase 4 begynner i 2025 med marked og infrastruktur på plass. I 2040 ser en for seg at vi kan ha en hydrogenøkonomi.

Kilde: US Department of Energy (DOE)

Politisk blir president Bushs «State of the Union»-tale 28. januar 2003 sett på som en avgjørende milepÆl i hydrogensatsingen:

«Tonight I am proposing $1.2 billion 11 in research funding so that America can lead the world in developing clean, hydrogen powered automobiles. A simple chemical reaction between hydrogen and oxygen generates energy, which can be used to power a car producing only water, not exhaust fumes.

With a new national commitment our scientists and engineers will overcome obstacles to taking these cars from laboratory to showroom so that the first car driven by a child born today could be powered by hydrogen, and pollution free.

Join me in this important innovation to make our air significantly cleaner, and our country much less dependent on foreign sources of energy.»

5.3.3 Virkemidler

US DOE har lagt opp til en langsiktig forsknings- og utviklingssatsing innenfor hydrogenproduksjon, infrastruktur, brenselceller og hybridkjøretøyer.

Amerikanernes satsing tar utgangspunkt i hvilke krav markedet stiller for å velge hydrogenløsninger. Hydrogenløsningene må kunne konkurrere med alternativene både på pris, ytelse og tilgjengelighet for at produsenter og kunder skal vÆre interesserte.

Virkemiddelapparatet er kjennetegnet ved en sterk sentral styring. DOE er den operative enheten, men jobber tett med fagmiljøene i industrien og akademia.

De ulike teknologiske utfordringene håndteres parallelt og prosjektene vurderes løpende slik at innsatsen kan dimensjoneres underveis. Tanken er at hvis noen teknologiske løsninger henger etter, så vil det forsinke gjennomslaget for hydrogen som sådan.

5.3.3.1 Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program

Dette er hovedsatsingen innenfor hydrogen. DOE skisserer de teknologiske milepÆlene som må vÆre nådd for at industrien innen 2015 vil vÆre i stand til å ta kommersielle beslutninger innenfor hydrogen.

Satsingen er gjort operativ gjennom Multi-Year RD&D Plan12 . Dette er en aktivitetsplan for forskning, utvikling og demonstrasjon for perioden 2003–2010. Planen gir uttrykk for hvilke ambisjoner myndighetene, akademia og industrien har for satsingen.

Det er startet med å identifisere barrierene for et hydrogengjennombrudd. Følgende barrierer blir trukket fram:

Teknologiske barrierer:

• Hydrogenlagring i kjøretøy tilfredsstiller ikke kundens behov for rekkevidde uten å gå på bekostning av bagasje- eller passasjerplass

• Hydrogen er 3–4 ganger så dyrt å produsere som bensin

• Brenselceller er 10 ganger så dyrt som forbrenningsmotorer og fungerer ikke i hele bilens levetid

Økonomiske og institusjonelle barrierer:

• Investeringsrisikoen knyttet til hydrogeninfrastruktur er for stor, gitt teknologistatus og gjeldende etterspørsel

• Mangel på felles regelverk og standarder for sikkerhet, mulighet for forsikring, som også hindrer rettferdig internasjonal konkurranse

• Kunnskapsmangel hos beslutningstakere og publikum

På bakgrunn av barrierene er det definert tre indikatorer som må vÆre oppfylt for å nå målet om at industrien vil ta kommersielle beslutninger om hydrogen innen 2015:

• Hydrogenlagring i kjøretøy må ha en rekkevidde på minst 300 miles

• Hydrogen må vÆre tilgjengelig for kunden på en sikker og effektiv måte og må prismessig kunne konkurrere med bensin

• Brenselceller må gi motorkostnader på mindre enn USD 50/kW

DOE har satt en rekke mål for satsingen som resultatene måles opp mot. Målene er konkrete, detaljerte og tidfestede og blir revidert løpende avhengig av hvor raskt man oppnår teknologisk utvikling, tilgangen på private og offentlige midler og andre rammevilkår. Målene er gjengitt i boks 5.1.

Forskningsmiljøene konkurrerer om offentlig støtte til spesifiserte prosjekter som er formulert på bakgrunn av målene. I dag er støtten konsentrert om høyrisiko prosjekter som er tidlig i utviklingsfasen. Om lag 80 prosent av midlene går til FoU og 20 prosent til demonstrasjon. Støtteandelen avhenger av hvor moden teknologien er. Mer grunnleggende forskning, ofte i regi av universitetene, kan få opp til 80 prosent støtte. Støtten til industrien ligger normalt i området 50–80 prosent, avhengig av risikoen knyttet til prosjektet. I teknologitesting og demonstrasjonsprosjekter deles gjerne kostnadene 50/50 mellom myndighetene og industrien. Etter hvert som teknologiene utvikler seg, vil myndighetenes støtteandel reduseres.

5.3.3.2 FreedomCAR

FreedomCAR (Cooperative Automotive Research) ble lansert i januar 2002. Programmet er et forskningssamarbeid mellom DOE og bilindustrien ved USCAR (U.S. Council for Automotive Research). USCAR består av DaimlerChrysler, Ford og General Motors.

Frihetsbegrepet i satsingen har flere valører:

• Frihet fra oljeavhengighet

• Frihet fra luftforurensning og CO₂ -utslipp

• Frihet for amerikanere til å kjøre hvor de vil, når de vil, og i det kjøretøyet de måtte velge

• Frihet til å få tak i drivstoff enkelt og til gunstig pris

Målet er å utvikle nye brensel- og kjøretøyteknologier samt infrastruktur, slik at det skal vÆre praktisk mulig og kostnadseffektivt for mange amerikanere å velge brenselcellekjøretøy innen 2020. Undersøkelser viser at den gjennomsnittlige bilkjøper i USA krever tre års tilbakebetalingstid for å investere i mer drivstoffeffektive biler. Det har begrenset bilindustriens interesse for forskning og utvikling av mer energieffektive kjøretøy.

FreedomCAR er knyttet tett opp til hovedprogrammet for hydrogen som er omtalt i kapittel 5.3.3.2. Det er videre sÆrskilte satsinger på kjøretøy for flere passasjerer og tungtransport.

5.3.4 Offentlig støtte

Samlet legger myndighetene opp til en hydrogensatsing på USD 1,7 milliarder over de neste fem årene. De USD 1,2 milliardene president Bush nevner i sin tale (jf. kapittel 5.3.2) er knyttet til forskning og utvikling på hydrogen og brenselceller (en økning på USD 720 millioner i forhold til tidligere). I tillegg kommer USD 0,5 milliarder til forskning og utvikling på hybridkjøretøy.

I budsjettet for 2004 er det satt av USD 147,2 millioner til satsingen på hydrogen og brenselceller under hovedprogrammet for hydrogen. Det er en økning på 60 prosent i forhold til foregående år. I budsjettet for 2005 er det forelått å øke satsingen med 17 prosent, til USD 172,8 millioner. Fordelingen på de ulike områdene er gitt i tabell 5.1.

Boks 5.2 Satsingen i California

I tillegg til den føderale satsingen under DoE, har mange stater i USA egne satsinger. Spesielt California er langt framme. California Fuel Cell Partnership (CaFCP) er et samarbeid mellom bilindustrien, energiprodusenter, brenselcelleprodusenter og offentlige myndigheter som har fått stor oppmerksomhet også internasjonalt. Målet er å gjøre brenselcelledrevne kjøretøy kommersielle og å få slike biler og busser ut på veiene i California. Virkemidlene er blant annet demonstasjonsprosjekter for brenselcelleteknologi og infrastruktur for alternative drivstoff, og tiltak for å lette kommersialisering og allmenn aksept av brenselcellekjøretøy.

Den davÆrende kaliforniske guvernøren Gray Davis annonserte opprettelsen av CaFCP 22. april 1999. Organisasjonen består i dag av 30 medlemmer. De ti fullverdige medlemmene er:

• Bilindustrien: DaimlerChrysler, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota, Volkswagen

• Brenselcelleprodusenter: Ballard Power Systems, UTC Fuel Cells

• Energiprodusenter: BP, ExxonMobil, Shell Hydrogen, ChevronTexaco

• Offentlige myndigheter: The California Air Resources Board, the California Energy Commission, the South Coast Air Quality Management District, the U.S. Department of Energy, the U.S. Department of Transportation, the U.S. Environmental Protection Agency

CaFCPs hovedkontor i Sacramento huser brenselcellekjøretøy, en hydrogen-fyllestasjon, en metanolfyllestasjon og lokaler for utprøving av teknologier, vedlikehold av kjøretøy, med videre. I løpet av organisasjonens levetid har den blant annet bidratt med:

• 43 brenselcellekjøretøy på veiene i California, målet er 60 kjøretøy

• 7 hydrogenfyllestasjoner

• 7 brenselcellebusser er bestilt og skal vÆre i rutetrafikk innen 2005

• Gjennomført flere studier knyttet til brenselcelleteknologi og infrastrukturen

• Arrangert flere store konferanser

• VÆrt på turneer rundt i staten med brenselcellekjøretøy for å spre informasjon

• Utarbeidet skole- og informasjonsmateriale, utviklet en sikkerhetsguide og trening av brannvesenet

CaFCP har laget en ny plan for 2004–2007 som skal bidra til å få flere brenselcellekjøretøy ut til alminnelige brukere i naturlige omgivelser. Mer drivstoffinfrastruktur skal bygges ut, og det skal arbeides tett med lokalsamfunnet. Følgende mål er satt for perioden:

• 300 brenselcellebiler og -busser skal utplasseres i Los Angeles-regionen og i Sacramento/San Francisco-området

• Bygge ut det nødvendige nettverk av fyllestasjoner i de to regionene

• OpplÆring av servicepersonell og lokale myndigheter i de to regionene, innspill til koder og standarder

• Informasjon til publikum

5.3.5 Canada

Canada er nettoeksportør av olje, naturgass, kull, uran og vannkraft. 35 prosent av energiproduksjonen selges til utlandet, i første rekke USA. Canada begrunner sin hydrogensatsing først og fremst med miljøhensyn. Landet har undertegnet Kyotoprotokollen, men mener det ikke vil vÆre mulig å nå de langsiktige klimamålene uten en teknologisk revolusjon. Hydrogenøkonomien blir sett på som en fremtidsrettet løsning. Myndighetene understreker samtidig de fremtidige markedsmulighetene for kanadisk industri innenfor de nye teknologiene.

Kanadiske myndigheter har siden 1978 støttet utviklingen av hydrogen- og brenselcelleteknologier med CAD 200 millioner 13 . Den målrettetede tidlige støtten til utvikling av brenselceller, sÆrlig fra forsvarsmyndighetene, blir trukket fram som avgjørende for at kanadiske Ballard i dag er en verdensledende brenselcelleprodusent. Ballard og andre selskaper er etablert i internasjonale nisjemarkeder, sÆrlig innen bil- og forsvarsindustrien.

I dag er hoveddelen av investeringene i brenselceller privat finansiert. Myndighetene har inngått et partnerskap med industri og akademia kalt Hydrogen and Fuel Cell Committee (H2FCC). Partnerskapet skal tilrettelegge og koordinere utvikling og kommersialisering av kanadiskproduserte hydrogen- og brenselcelleteknologier.

Den kanadiske regjering la i april 2004 fram et program for overgangen til en hydrogenøkonomi, Charting the Course – a Program Roadmap for Canada’s Transition to a Hydrogen Economy . Programmet bygger blant annet på anbefalingene i Canada’s Fuel Cell Commercialization Roadmap (2002). Målet er å styrke Canadas rolle innen de ulike hydrogenteknologiene. Samtidig skal man utnytte landets ulike energikilder og på sikt bidra positivt både økonomisk og miljømessig.

Over den neste femårsperioden legger den kanadiske regjeringen opp til å støtte hydrogenrelaterte teknologier og infrastruktur med CAD 215 millioner. Midlene skal forvaltes av H2FCC og skal gå til forskning, utvikling og demonstrasjon. Det er øremerket CAD 60 millioner til prosjekter for tidlige brukere. I tillegg har Canada innført skatteincentiver rettet mot både produsenter og brukere. Dette blir vurdert som viktige virkemidler for forskning og utvikling og tidlig bruk av brenselceller.

Oppmerksomheten er rettet mot infrastruktur og forsyningskjeder, økonomisk og regulatorisk rammeverk og økt aksept for hydrogenløsinger i befolkningen. Satsingen i hjemmemarkedet blir sett på som et springbrett for fremme av kanadiske produkter i et fremtidig internasjonalt marked. Canada ser for seg en aktiv rolle i internasjonalt hydrogensamarbeid og deltar blant annet i arbeidet knyttet til regelverk, koder og standarder. Bilateralt legges det opp til et tett samarbeid med USA, blant annet gjennom storskala demonstrasjonsprosjekter.

Canada vil i 2004 få sitt første demonstrasjonsprosjekt med brenselcellebiler til alminnelig bruk , Vancouver Fuel Cell Vehicle Program . Fem brenselcelledrevne Ford Focus vil testes ut av vanlige bilførere i et flerårig program. Myndighetene legger videre opp til å støtte tre til fem prosjekter for tidligbrukere med opp til CAD 40 millioner per prosjekt. Støtteandelen vil normalt ikke kunne overstige 50 prosent. Det forutsettes at to eller flere offentlige og/eller private aktører samarbeider om prosjektet. Under dette initiativet vil blant annet prosjektet Hydrogen Highway støttes. Det dreier seg om en utvidelse av eksisterende hydrogeninfrastruktur i British Colombia, som anses som en viktig del av den bÆrekraftige profilen en søker å etablere i forbindelse med OL 2010 i Vancouver. Videre er det lansert et prosjekt med «hydrogenlandsbyer» hvor hydrogenteknologier skal testes ut i realistiske omgivelser.

5.4 EUs hydrogensatsing

5.4.1 EUs energipolitikk

EU dekker om lag 50 prosent av sitt behov for primÆrenergi med import og er med det verdens største energiimportør. De viktigste energikildene er olje, gass, kull og kjernekraft som til sammen står for over 90 prosent av energibruken. Landene i EU førte etter oljekrisen i 1973 en aktiv politikk for å minske avhengigheten av olje, noe som i flere land blant annet innebar en satsing på kjernekraft og utbygging av infrastruktur for gass. Internt i EU står en derfor overfor en diversifisert energiforsyning. Sammensetningen av energiproduksjonen har vÆrt overlatt til det enkelte land.

EU har hittil ikke hatt en egen energipolitikk rent formelt, siden energi ikke er omfattet av EU-traktaten. Likevel er direktiver med stor betydning for energisektoren blitt vedtatt. Den energipolitiske oppmerksomhet internt har økt. Gjennom utviklingen av det indre marked i EU har en samtidig sett behovet for å bygge ut et indre marked for energi. PrimÆrt har målet vÆrt å fremme effektivitet og økonomisk vekst i unionen. Denne prosessen ledet fram til direktiver om elmarkedet i 1996 og gassmarkedet i 1998 og senere justeringer av disse i 2003. Et annet viktig hensyn for EU har vÆrt forsyningssikkerhet, et tema som er blitt stadig viktigere i en situasjon der EU må dekke en økende del av sitt energiforbruk ved import. Videre er EU spesielt opptatt av sammenhengen mellom energi og miljø. Dette har vÆrt drivkraften bak satsinger og direktiver innen fornybar energi og energieffektivisering.

Alternative drivstoffer, med sÆrlig vekt på naturgass, biodrivstoff og hydrogen, er en av satsingene i EU. I Green Paper on the Security of Energy Supply , og i White Paper on a Common Transport Policy , er det lansert et mål om at 20 prosent av drivstofforbruket skal komme fra alternative drivstoff innen 2020. Kommisjonen antar at biodrivstoff og spesielt naturgass kommer inn på markedet de nÆrmeste årene, og ser for seg et marked for hydrogen først i 2015 til 2020. Intensjonen er at 5 prosent av drivstofforbruket i 2020 skal vÆre hydrogen. EU vedtok i mai 2002 et direktiv for fremme av bruken av biodrivstoff, jf. kapittel 5.4.4.

I de pågående forhandlingene om revisjon av EU-traktaten er det foreslått å ta inn et eget kapittel om energi.

5.4.2 Hydrogenstrategien i EU

Hydrogensatsingen i EUs regi har vÆrt knyttet til forskningsprogrammene, de såkalte rammeprogrammene. Rammeprogrammene er et virkemiddel for å realisere ambisjonen om et felles europeisk forskningsområde i EU og skal bidra til økt koordinering og samarbeid mellom medlemslandene. Det overordnede målet er å bedre europeisk industris internasjonale konkurranseevne. Dette skal skje gjennom bÆrekraftig økonomisk vekst, økt sysselsetting og større vektlegging av miljøhensyn.

Hydrogen og brenselceller har vÆrt temaer innen energiforskning siden EU etablerte sitt 2. rammeprogram (1987–1990). Midlene til brenselceller og hydrogen er mer enn seksdoblet fra 2.  til 5. rammeprogram, jf. figur 5.3. Økningen har vÆrt sÆrlig kraftig under 5. rammeprogram. Tidligere la man spesielt vekt på brenselceller, men forskning på hydrogen, produksjon, lagring og infrastruktur har nå fått mer oppmerksomhet. Hvor mye som vil gå til hydrogenrelatert forskning under 6. rammeprogram, vil først vÆre klart når programmet avsluttes.

Kilde: EU-kommisjonen, DG Research

Et demonstrasjonsprosjekt som har fått sÆrlig stor oppmerksomhet under EUs 5. rammeprogram er «Clean Urban Transport for Europe» (CUTE). Prosjektet ble igangsatt ved årsskiftet 2001/2002, og omfatter drift av 27 brenselcellebusser over to år i ni europeiske byer (Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxemburg, Madrid, Porto, Stockholm og Stuttgart). Testbyene har i løpet av 2003 fått hver sin fyllestasjon med lokal hydrogenproduksjon fra ulike hydrogenkilder, basert på blant annet vannelektrolyse og småskala naturgassreformering. Noen får også tilkjørt hydrogen fra nÆrliggende fabrikk. Både flytende hydrogen og komprimert gass blir benyttet i distribusjon av hydrogen. EU bidrar med til sammen 18,5 mill euro 14 , som tilsvarer om lag 35 prosent av de totale prosjektkostnadene (52 millioner euro).

EUs 6. rammeprogram (FP6)

Hydrogen- og brenselcelleforskning i EUs 6. rammeprogram for forskning, teknologiutvikling og demonstrasjonsaktiviteter (2003–2006), ligger under temaområdet Sustainable development, global change and ecosystems. Det er satt av til sammen 2120 millioner euro (om lag 17 milliarder kroner) til dette temaet for programmets fireårsperiode. 1420 millioner euro (om lag 11 milliarder kroner) er øremerket energi og transport, hvorav 810 millioner euro til energi og 610 millioner euro til transport. Midlene tildeles prosjekter etter søknadsrunder. Hydrogen- og brenselcelleprosjekter må konkurrere med andre energi- og transportprosjekter om midlene. Støtteandelen varierer fra 25 prosent og opp til 100 prosent.

Den langsiktige forskningsinnsatsen er rettet mot brenselceller, lagring og transport av hydrogen, integrasjon av brenselceller for transportformål og CO₂ -håndtering. To temaområder er skissert:

Brenselceller og anvendelse av brenselceller skal bidra til å redusere kostnadene og øke ytelsen og stabiliteten på brenselcellesystemer for stasjonÆr forsyning, transport og bÆrbare applikasjoner. Det ble satt følgende mål for søknadsrunden i 2003:

• Utvikle løsninger for fremtidige kommersielle høytemperatur brenselcellesystemer for desentral kraftproduksjon med en kostnad mindre enn 1000 euro/kW. Det tilsvarende målet for brenselceller til mobile kraftforsyningssystemer (Auxiliary Power Units) er 150 euro/kW. Det er videre et mål at systemene skal ha en levetid mer enn 40 000 timer.

• Utvikle løsninger for fremtidige konkurransedyktige fastpolymer brenselcellesystemer for stasjonÆr- og transportapplikasjoner. For stasjonÆr produksjon er målet en kostnad mindre enn 100 euro/kW og levetid over 30 000 timer. For transport er det tilsvarende målet 50 euro/kW og 5000 timers levetid.

Temaområdet Nye teknologier for energibÆrere, transport og lagring, sÆrlig hydrogen retter oppmerksomheten mot ren hydrogenproduksjon både fra fossile og fornybare kilder, hydrogenlagring, materialteknologi, sikkerhet, distribusjon og forberedelse av overgangen til en hydrogenøkonomi.

5.4.3 Organiseringen av hydrogensatsingen i EU

Økt oppmerksomhet på hydrogenets potensial som energibÆrer og mer midler til hydrogen og brenselceller innen EU har tvunget frem behovet for en ny organisering. EU-kommisjonen ønsker å vÆre en pådriver i politikkutformingen på hydrogenområdet og har pekt på at satsingen i Europa, både nasjonalt og på EU-nivå, er mindre målt i avsatte forskningsmidler og mer fragmentert enn i Japan og USA. Kommisjonen har derfor satt i gang en prosess for å øke den europeiske innsatsen, samt å koordinere de initiativene som allerede er igangsatt.

I oktober 2002 inviterte EU-kommisjonen toppledere fra europeisk industri med hydrogen- eller brenselcelleinteresser til deltakelse i The Hydrogen High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technologies (HLG). Gruppens mandat var å foreslå en visjon og strategi for hydrogen og brenselceller i en bÆrekraftig energiforsyning. HLG presenterte sin sluttrapport «Hydrogen Energy and Fuel Cells – a vision of our future» sommeren 2003. Gruppen anbefalte opprettelsen av en ny enhet som skal gi råd, stimulere til nye initiativ og overvåke framdriften innen feltet. HLG anbefalte videre å:

• Etablere et politisk konsistent rammeverk innen både energi-, transport- og miljøpolitikk

• Øke FoU-budsjettet til hydrogen- og brenselcelleforskning

• Opprette et pilot- og demonstrasjonsprogram for å verifisere teknologi og introdusere teknologien i markedet

• Opprette et samfunnsøkonomisk forskningsprogram for å koordinere støtte til hydrogen- og brenselcelleteknologi

• Opprette et initiativ for forretningsutvikling

• Opprette et europeisk utdannings- og opplÆringsprogram

• Øke internasjonalt samarbeid, spesielt med Nord-Amerika og deler av Asia

• Opprette et kommunikasjons- og spredningssenter for alle initiativene

Basert på anbefalingene fra HLG ble The Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform («Teknologiplattformen») formelt opprettet av EU-kommisjonen i januar 2004. Initiativet skal utvikles til å bli et selvstendig europeisk nettverk for koordinering av forsknings-, utviklings- og demonstrasjonsprosjekter, aktiviteter og strategier innen anvendelse av hydrogen- og brenselcellerelatert teknologi. Nettverket er initiert av, men ikke underlagt, EU-kommisjonen. Nettverket skal jobbe videre med anbefalingene nevnt over. Deres mandat er:

«Å fremme og påskynde utviklingen og bruken av konkurransedyktig, «verdensklasse» europeisk hydrogen- og brenselcellebaserte energisystemer og teknologier for bruk i transport, stasjonÆr forsyning og mobile applikasjoner.»

Teknologiplattformen skal vÆre et instrument for å koordinere og målrette teknologisk og samfunnsfaglig forskning innen hydrogen og brenselceller i Europa, men skal samtidig stimulere til økt satsing på forskning og utvikling, både fra offentlige myndigheter og private aktører. Nettverket skal bidra til å identifisere og fremme nye anvendelsesmuligheter for hydrogen som energibÆrer. Teknologiplattformen skal bygge på allerede igangsatte og nye prosjekter. Alle land skal kunne delta på ulike nivåer i organisasjonen. Deltakerne i Teknologiplattformens ledergruppe er ikke utpekt av nasjonale myndigheter, men av EU-kommisjonen.

Rammeprogrammene vil fortsatt vÆre EUs instrument for tildeling av forskningsmidler til prioriterte områder. Det legges ikke opp til at Teknologiplattformen skal ha midler til å støtte forskningsprosjekter, men den vil vÆre et rådgivende organ i utformingen av de kommende rammeprogrammene.

Ledergruppen for Teknologiplattformen består av 35 representanter fra industri, forskningsinstitusjoner, miljøorganisasjoner, nasjonale myndigheter og EU-kommisjonen. Gruppen ledes av et styre på seks representanter og skal gi råd, stimulere til nye initiativ og gi strategiske innspill til Kommisjonen. Dette gjelder blant annet utvikling av «fyrtårnsprosjekter» (store demonstrasjonsprosjekter) og innhold for 7.  Rammeprogram. Hydro er representert i både ledergruppen og styret.

Medlemslandenes referansegruppe skal bidra til en bedre koordinering mellom nasjonale programmer og EUs aktiviteter innen hydrogen og brenselceller. Det kan legges til rette for felles demonstrasjonsprosjekter, workshops, studentopplÆring, med videre. Referansegruppen kan videre vÆre en koordinerende instans for europeiske lands deltagelse i internasjonale fora som IEA (International Energy Agency) og IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy). Norges forskningsråd representerer Norge i referansegruppen. ERA-NET er et instrument under 6. rammeprogram som har som mål å samkjøre nasjonale forskningsprogrammer. Det legges opp til et ERA-NET-prosjekt som skal fungere som sekretariat for referansegruppen. Norge vil aktivt følge opp dette prosjektet.

5.4.4 Noen direktiver med relevans for hydrogen og brenselceller

Selv om energi ikke er omfattet av EU-traktaten, er det likevel blitt vedtatt direktiver med stor betydning for energisektoren. Elmarkeds- og gassmarkedsdirektivene er markedsdirektiver som skal sikre effektiv konkurranse i EUs indre marked. Norge er en del av dette gjennom EØS-avtalen. Direktivene innen fornybar energi og energieffektivisering er knyttet opp til EUs felles miljøpolitikk. Det er ikke utformet direktiver som går direkte på bruk av hydrogen eller brenselceller, men brenselceller og hydrogen inngår delvis i to direktiver, ett om kogenerering og ett om biodrivstoff/fornybare drivstoff. Direktivene er hjemlet i EU-traktatens paragraf 175 (miljø) og er vedtatt av EU. De ligger til behandling i EFTA/EØS-landene.

Direktiv 2004/8/EF av 11. februar 2004 om fremme av kogenerering av kraft og varme, basert på reell varmeetterspørsel

Direktivet har som formål å forbedre energieffektivitet og forsyningssikkerhet ved å fremme kogenerering av kraft og varme der det er en reell varmeetterspørsel. Økt energiproduksjon fra kogenereringsanlegg kan føre til økt energieffektivitet, redusert utslipp av klimagasser, reduserte nettap og økt forsyningssikkerhet. Direktivet fastsetter et rammeverk for fremme av høyeffektiv kogenerering, men tar nasjonale økonomiske og klimatiske forhold i betraktning. Høyeffektive kogenereringsanlegg defineres i direktivet som anlegg som innebÆrer en energisparing på minst 10 prosent i forhold til separat elektrisitets- og varmeproduksjon basert på samme brensel. Det settes ingen konkrete mål for energiproduksjon fra kogenereringsanlegg. Direktivet gjelder blant annet for brenselceller for stasjonÆr energiforsyning.

Direktivet vil ikke påvirke introduksjon av hydrogen som energibÆrer i sÆrlig grad, men kan ha betydning for bruk av brenselceller til elektrisitets- og varmeproduksjon basert på naturgass.

Direktiv 2003/30/EF av 8. mai 2003 om å fremme bruken av biodrivstoff eller andre fornybare drivstoff til transport

Målet med direktivet er tredelt:

• Øke forsyningssikkerheten (redusere importavhengigheten av olje) for transportdrivstoff i Europa

• Redusere utslipp av klimagasser, fortrinnsvis CO₂ , fra transportsektoren

• Videreutvikle landbruksområder og opprettholdelse av sysselsettingen i landbruksregioner

Direktivet inneholder en forpliktelse for medlemslandene om å innføre bestemmelser i sin lovgivning og treffe de nødvendige tiltak for å sikre at det innen 31. desember 2005 skal vÆre en omtrentlig minimumsandel på 2 prosent (energiinnhold) biodrivstoff av den totale drivstoffmengden (bensin og diesel) som selges til transportformål i hvert land. Denne andelen skal deretter gradvis økes til om lag 5,75 prosent innen utgangen av 2010. Det er overlatt til medlemslandene selv å treffe beslutninger om på hvilken måte det indikative målet kan oppfylles.

5.4.5 Satsinger i utvalgte europeiske land

Det er store forskjeller på nivå og utforming av hydrogensatsingen i de forskjellige europeiske landene. Dette er knyttet til landenes økonomiske forutsetninger, industrielle satsingsområder og energi- og transportpolitikk. Den mest aktive politikken på området føres av vesteuropeiske land med interesser innen bilindustrien.

I det følgende presenteres satsingene i noen utvalgte land. Det er ikke foretatt dybdeintervjuer i de enkelte land som presenteres. Gjennomgangen er basert på offentlig tilgjengelig informasjon om landenes politikk og satsinger.

Tyskland

Tyskland har drevet hydrogen- og brenselcelleforskning siden 1974. Fram til 2000 ble det gjennom forskningsprogrammene bevilget omlag 60 millioner euro til hydrogen og om lag 100 millioner euro til brenselceller. Forskningen var sÆrlig rettet mot utvikling av forskjellige typer brenselceller og hydrogenproduksjonsmetoder.

ZIP-programmet (2001–2005) er et stort teknologiutviklingsprogram hvor energiteknologi inngår som en viktig del. Det er satt av om lag 123 millioner euro til hele programmet. Hydrogen- og brenselcelledelen har en ramme på 58 millioner euro. Satsingen er på desentral og småskala kogenerering med brenselceller, samt demonstrasjon av brenselcellebusser.

I tillegg fins det programmer på delstatsnivå rettet inn mot brenselceller og hydrogen. Dette gjelder i første rekke Bayern, hvor det ble satset 30 millioner euro fra 1997 til 2003. Delstatene støtter i første rekke lokale industriaktører, forskningsinstitutter eller universiteter.

Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (nÆrings- og arbeidsdepartementet) vil innen utgangen av 2004 presentere en visjon og strategi for bruk av hydrogen og brenselceller i Tyskland.

Storbritannia

Department of Trade and Industry (DTI) har støttet industriell forskning og utvikling innen brenselceller siden 1992 under programmet Advanced Fuel Cells . Fram til og med 2003 var det bevilget 12,4 millioner pund 15 . De årlige bevilgningene ligger nå på om lag 2 millioner pund.

I 2002 lanserte DTI et Technology Routemap med konkrete forsknings- og demonstrasjonsaktiviteter og teknologimål for perioden 2003–2010. Blant annet skal det:

• Innen 2005 bygges og testes en 50 kWe SOFC-brenselcelle med en elektrisk virkningsgrad på over 40 prosent

• Innen 2010 testes en mindre flåte brenselcellebiler for kommersiell bruk

DTI la videre i februar 2003 fram en melding til Parlamentet kalt Our energi future – creating a low carbon economy. De sentrale målene i meldingen er relatert til utslippsreduksjoner, forsyningssikkerhet, oppgradering av energiinfrastrukturen og overgangen fra nettoeksportør til nettoimportør av energi. Det er blant annet satt et mål om å redusere CO₂ -utslippene med 60 prosent innen 2050. Hydrogen blir trukket frem som en viktig bidragsyter i et fremtidig energisystem, men det er ikke satt spesifikke mål for hydrogen. De viktigste virkemidlene som lanseres for økt bruk av hydrogen er:

• Å unnta hydrogenkjøretøy fra veiavgifter

• Gunstige avskrivningsregler for hydrogeninfrastruktur

• Støtte til brenselcelleforskning

• Støtte til utviklings- og demonstrasjonsprosjekter

Som en oppfølging av meldingen la DTI frem rapporten Fuel Cell Vision og et eget selskap kalt Fuel Cells UK ble etablert. Selskapet skal jobbe med promotering og koordinering av forskning, utvikling og kommersialisering innen britisk brenselcelleindustri. Følgende plan blir skissert:

• 2003–2007: Demonstrasjon og verifisering av teknologien

• 2008–2012: Introduksjon av brenselceller i enkelte nisjeområder

• 2013–2023: Brenselceller introduseres i flere markeder og blir etter hvert kommersiell teknologi

Island

Island har en relativt sett stor satsing på hydrogen og markerer seg internasjonalt i hydrogensammenheng. Bakgrunnen er et politisk mål om å bli uavhengig av fossile drivstoff innen 2030. Island har betydelige fornybare energiressurser, spesielt geotermisk energi og vannkraft, og ønsker å utnytte dette for å gjøre seg uavhengig av importert drivstoff. Totalt 72 prosent av energibruken på Island kommer fra fornybare kilder. De resterende 28 prosent er importert drivstoff til biler og fiskeflåten. Reduksjon av CO₂ -utslipp, i henhold til Kyoto- forpliktelsene, må derfor skje innen transport/fiskeflåten. Det er et stort potensial for økt produksjon av fornybar energi på Island. Fornybar hydrogen er trukket fram som aktuelt i transportsektoren.

Ecological City Transport System (ECTOS) er et fireårig islandsk søsterprosjekt av EUs CUTE-prosjekt. Dette er det første av flere hydrogenprosjekter som inngår i Islands strategi for å redusere utslipp fra transportsektoren og bli verdens første hydrogenøkonomi. Islandske myndigheter har bevilget om lag 7 millioner norske kroner til hydrogensatsingen. På sikt ønsker en å bruke hydrogen i personbiler og fiskeflåten. Prosjektet er eiet av det islandske selskapet Islensk Ny Orka – Icelandic New Energi, hvor blant andre Norsk Hydro er medeier.

I ECTOS-prosjektet testes tre brenselcellebusser for daglig drift i Reykjavík. Hydrogenet produseres via vannelektrolyse med fornybar elektrisitet. Norsk Hydro leverte i mars 2003 elektrolysøren til fyllestasjonen i Reykjavik, hvor bussene fylles. De viktigste forskningsprosjektene knyttet til ECTOS-prosjektet er samfunnsfaglige/økonomiske studier av introduksjon av en ny energibÆrer for urban transport. Prosjektet er støttet av EUs femte rammeprogram med 2,85 millioner euro av totalt 7 millioner euro. Prosjektet har i tillegg til Norsk Hydro flere europeiske industrideltagere, for eksempel Shell Hydrogen og DaimlerChrysler.

Frankrike

Frankrike hadde et nasjonalt hydrogen- og brenselcelleprogram (Paco) fra 1999 til og med 2003. Programmet rettet seg mot industri og forskningsinstitusjoner, spesielt innen brenselceller, og har finansiert 40 prosjekter. Programmet har ligget under Forskningsministeriet, Industriministeriet og det franske organet for energieffektivisering og fornybar energi (ADEME). Programmet har i perioden bidratt med 34 millioner euro av de totale prosjektkostnader på om lag 80 millioner euro. De viktigste satsingsområdene har vÆrt:

• PEMFC- og DMFC-brenselceller, utvikling av komponenter til brenselceller for både transport, stasjonÆr forsyning og bÆrbare applikasjoner

• SOFC-brenselceller, utvikling av lavtemperaturmaterialer og intern reformering av brensler

• Testing av brenselceller i stasjonÆr forsyning i boliger

• Hydrogenproduksjon, reformering av naturgass

• Microbrenselceller

• Hydrogenlagring

I tillegg fins det FoU-programmer innenfor transport og bioenergi som inkluderer hydrogen og brenselceller.

Frankrike vil i løpet av 2004 lansere en ny hydrogen- og brenselcellestrategi.

Italia

Italias satsing på hydrogen og brenselceller er spredt over et relativt bredt spekter av anvendelsesområder, energikilder og teknologier. Satsingen i Italia skal bidra til å:

• Diversifisere bruken av primÆre energikilder, øke forsyningssikkerheten og redusere avhengigheten av importert drivstoff

• Redusere utslipp av klimagasser og lokal forurensing

• Skape en mulighet for nasjonal verdiskaping og gi mulighet for økt eksport ved å fremme innovative teknologier

Forskningsministeriet har opprettet et hydrogen- og brenselcelleprogram som administreres av Special Integrative Fund for Research (FISR) . Programmet disponerer 90 millioner euro fordelt på 51 millioner euro til hydrogen og 39 millioner euro til brenselceller. Programmet har i løpet av 2003 mottatt og evaluert ulike søknader og flere av prosjektene er klare for oppstart i 2004.

Satsingsområdene innen hydrogen er:

• Hydrogenproduksjon fra fossile kilder med CO₂ -håndtering

• Utvikling av lagringsteknologi for hydrogen

• Teknologi for lagring av CO₂ i geologiske formasjoner

• Utvikle teknologier og komponenter for bruk av hydrogen både i transportsektoren og for stasjonÆr forsyning

Satsingsområdene innen brenselceller er:

• Bedre ytelsen og redusere kostnadene for brenselceller ved å ta i bruk nye materialer og forbedre systemdesign

• Utvikle og demonstrere brenselceller for transport, stasjonÆr forsyning og bÆrbare applikasjoner

• Demonstrere brenselcelleanlegg for stasjonÆr forsyning med forskjellige drivstoff

5.5 Norsk offentlig deltagelse i internasjonalt hydrogenrelatert samarbeid

I det påfølgende er offentlig samarbeid på hydrogenområdet beskrevet. I tillegg til dette samarbeider forskningsinstitusjoner, nÆringsliv og ulike organisasjoner med tilsvarende internasjonale aktører på prosjektbasis og gjennom andre former for samarbeidsrelasjoner.

5.5.1 Deltagelse i EUs rammeprogram

EU-kommisjonen organiserer forskningsmidlene gjennom såkalte rammeprogram, jf. kapittel 5.4.2. Norge har gjennom EØS-avtalen deltatt som fullverdig medlem av EUs rammeprogram siden det 4. rammeprogram (1995–1998). Deltakelsen gir norske forskningsmiljøer og bedrifter mulighet til å etablere kontakter og å vÆre med i forskningsprosjekter støttet av EU. Norske industri- og forskningsaktører deltar i en rekke prosjekter innen brenselcelleteknologi og hydrogen. Norske aktører har opp gjennom årene deltatt i mange prosjekter, og uttellingen ved de siste utlysningene i energiprogrammet var meget høy.

5.5.2 Det internasjonale energibyrået (IEA)

Flere norske aktører deltar i forskningsarbeidet koordinert av det internasjonale energibyrået (International Energy Agency – IEA). IEA har opprettet flere samarbeidsavtaler knyttet til ulike energitemaer som bygger opp under IEAs målsetninger om økt forsyningssikkerhet, økonomisk vekst og bÆrekraftig utvikling. Norge deltar i 21 samarbeidsavtaler hvorav 4 er knyttet til hydrogen og brenselceller:

• Production and Utilization of Hydrogen

• Advanced Fuel Cells

• Bio Energy

• Greenhouse Gas

Styringskomitéen for samarbeidsavtalen Production and Utizizatien of Hydrogen har de siste årene vÆrt under norsk ledelse.

I 2003 opprettet IEA en midlertidig gruppe, kalt IEAs Hydrogen Coordination Group, bestående av myndighetsrepresentanter og fageksperter. Gruppen skal arbeide med å gjennomgå IEAs arbeid med hydrogen og brenselceller, samt nasjonale satsinger, for å fremme ytterligere satsing på viktige områder.

5.5.3 Nordisk energiforskning

Nordisk energiforskning er en institusjon innenfor Nordisk ministerråd. Forskningssamarbeidet er forankret i de fem nordisk lands regjeringer, med direkte finansiering fra landene. Dette samarbeidet har eksistert siden 1984 som et grunnleggende energiforskningsprogram med fokus på utdanning av doktorgradskandidater. I 1999 ble programmet endret til en nordisk institusjon, og en ny handlingsplan og organisering ble etablert i 2003. I den nye handlingsplanen er hydrogen en av fem utvalgte tematiske satsingsområder. Området er gitt høy prioritet. Samarbeidet innenfor nordisk energiforskning er nettverksorientert. Det er et godt utgangspunkt for nordiske fremstøt innenfor øvrig internasjonalt forskningssamarbeid på hydrogenområdet. Det er også en mulig plattform for et koordinert nordisk demonstrasjonsprosjekt.

5.5.4 International Partnership for a Hydrogen Economy – IPHE

USA tok våren 2003 initiativ til å opprette et internasjonalt partnerskap for hydrogen med deltakelse fra myndigheter, forskningsinstitusjoner og industri. Norge ble formelt partner i forbindelse med et ministermøte i november 2003. Til sammen deltar 14 land og EU-kommisjonen. Partnerskapet skal bidra til å organisere, koordinere og iverksette internasjonal FoU og demonstrasjon knyttet til hydrogen og brenselceller. Det er foreløpig pekt ut fem tematiske områder man vil rette sÆrlig stor oppmerksomhet mot:

• Hydrogenproduksjon

• Regelverk og standarder

• Brenselceller

• Hydrogenlagring

• Økonomiske analyser

Olje- og energidepartementet har opprettet en egen faggruppe med representanter fra forskningsmiljøer og industri, som skal arbeide med disse områdene.

5.5.5 Carbon Sequestration Leadership Forum – CSLF

Norge ble sammen med 13 andre land og EU-kommisjonen i 2003 invitert av amerikanske myndigheter til å delta i Carbon Sequestration Leadership Forum. Forumet ble formelt etablert ved et ministermøte i juni 2003 som ledd i målet om å redusere utslippene fra klimagasser. CSLF skal bidra til samarbeid om forskning og videreutvikling av teknologier knyttet til utskilling, lagring, transport og/eller bruk av CO₂ , og skal legge til rette for lønnsom utnyttelse av CO₂ . Viktige elementer vil vÆre utveksling av informasjon, felles forskningsprosjekter og pilotprosjekter.

Deltagerne er foruten myndigheter også industri og forskningsinstitusjoner. Norge har for tiden viseformannen ved Statoil i en av de to arbeidsgruppene (Technical Group).

5.5.6 Bilateralt samarbeid med Japan

I mai 2003 ble en bilateral forskningsavtale mellom Norge og Japan underskrevet av NÆrings- og handelsministeren. Dette er i utgangspunktet en generell avtale for bilateralt forskningssamarbeid innen vitenskap og teknologi. Fra norsk side vil det blant annet legges vekt på prosjekter innen energi og miljø, inklusive hydrogen som energibÆrer, og material- og nanoteknologi (der materialer relatert til energianvendelser er med).

Innovasjon Norge 16 har et eget kontor i Tokyo. Et av satsingsområdene der er energi-, miljø- og materialteknologi, hvor hydrogen- og brenselcelleteknologi inngår.

5.5.7 Bilateralt samarbeid med USA

Norge har det siste året hatt flere parallelle prosesser overfor amerikanske myndigheter som direkte eller indirekte legger til rette for økt samarbeid om hydrogen. Det er for tidlig å si hvilken betydning de ulike foraene vil ha for den norske og den internasjonale satsingen.

Olje- og energidepartementet og Departement of Energy i USA vil om kort tid undertegne en overenskomst (Memorandum of Understanding) om å utvikle et nÆrt samarbeid mellom forskningsinstitusjoner og bedrifter i de to landene på energiområdet. Målet er å utvide samarbeidet innenfor olje og energi mellom norske og amerikanske forskningsmiljøer og bedrifter innenfor forskning, utvikling og demonstrasjon. Spesielt har en pekt på mulighetene innenfor:

• Fossil energi, inkludert CO₂ -håndtering, hydrogen og nye energiteknologier

• Energieffektivitet

• Fornybar energi

Foreløpig har samarbeidet blitt konsentrert om fossil energi.