Grønt hydrogen for fremtidens energi
Pumper og ventiler er avgjørende for hydrogenovergangen
Tenk deg en energikilde som er nesten ubegrenset og kan brukes uten å slippe ut CO₂. Det høres for godt ut til å være sant, men det er virkeligheten med grønt hydrogen. Derfor ser nesten alle industriland mot dette elementet for å avkarbonisere energisystemene sine. Innovasjoner innen pumper og ventiler spiller en avgjørende rolle i denne overgangen.
Elektrolysører trenger høyspesialiserte pumper og ventiler
Pumper og ventiler spiller en viktig rolle når det gjelder å få grønt hydrogen fra elektrolyse av vann. I en elektrolysør spaltes vann til hydrogen og oksygen ved hjelp av elektrisitet. Hvis strømmen som brukes, kommer fra fornybare kilder, som vind- eller solenergi, er hydrogenet produsert på en klimanøytral måte og regnes derfor som «grønt». Dette skiller det fra «grått» eller «blått» hydrogen», som begge produseres fra naturgass, noe som fører til store mengder karbondioksid.
Uten pumper og ventiler ville ikke elektrolyse fungere. De holder hovedkretsen i elektrolysøren i gang, fyller elektrolysecellene og transporterer blandingene som er mettet med hydrogen eller oksygen, til separatorene, der gassene trekkes ut. I tillegg består elektrolysører av perifere kretser og undersystemer, for eksempel for behandling av matevann, trykkøkning og kjøling. Også her er det behov for ytterligere pumper og ventiler.
Elektrolyse stiller høye krav til teknologien
Det finnes ulike elektrolysemetoder, og hver av dem har sine egne utfordringer, som pumpe- og ventilprodusentene må løse. Alle metodene bruker elektrolyseceller som inneholder to elektroder.Den negativt ladede elektroden frigjør hydrogen, mens den positivt ladede elektroden frigjør oksygen. Siden rent vann har dårlig ledningsevne, krever elektrolyse også et stoff som leder strøm, en såkalt elektrolytt. Metodene som brukes, skiller seg først og fremst fra hverandre ved hjelp av elektrolytten som brukes, og egenskaper som trykk, temperaturer og virkningsgrad. De spesifikke kravene til pumper og ventiler varierer deretter. De tre mest brukte metodene er:
- Alkalisk elektrolyse (AEL): Denne metoden bruker kaustisk pottaske som elektrolytt. Ettersom dette er etsende, helseskadelig og korrosivt, må pumper i alkaliske elektrolysører være hermetisk forseglet og korrosjonsbestandige. Omtrent 60 % av alle elektrolysører som er installert på verdensbasis, er basert på alkalisk elektrolyse.
- Protonutvekslingsmembran elekrolyse (PEM): Denne metoden benytter en solid polymer elektrolyttmembran som gjør det mulig å utveksle protoner (positivt ladede hydrogenioner), samtidig som den beholder elektronene. Som de andre metodene bruker PEM-elektrolyse demineralisert ultrarent vann. Pumper må ikke under noen omstendigheter forurense denne væsken, f.eks. med tetnings- eller smøremidler. Delene som kommer i kontakt med høye oksygenkonsentrasjoner må være motstandsdyktige mot oksidasjon. 30 % av elektrolysene installert over hele verden benytter PEM-metoden.
- Elektrolyse ved høy temperatur (HTE): Denne metoden er for tiden under utprøving. Den bruker faste elektrolytter, som zirkoniumdioksid eller yttrium stabilisert zirkoniumoksid, som er ekstremt motstandsdyktige mot høye temperaturer. Elektrolysen foregår ved over 500 grader celsius, noe som fremskynder reaksjonen og dermed øker effektiviteten. Omtrent én prosent av elektrolysørene bruker høytemperaturmetoden.
Konkurransedyktige priser er avgjørende for et gjennombrudd
Det er fortsatt svært langt igjen før visjonene i de nasjonale hydrogenstrategiene er nådd, selv om den totale kapasiteten på elektrolyseanlegg som er installert på verdensbasis, for tiden er sterkt økende. Ifølge informasjon fra International Energy Agency (IAE), har rundt 600 elektrolyseprosjekter med en samlet kapasitet på mer enn 160 gigawatt blitt annonsert siden 2022. IAE anslår at den globale elektrolysekapasiteten kan ha nådd nesten tre gigawatt innen utgangen av 2023, noe som er mer enn en firedobling av tallet for 2022. Disse tallene kan imidlertid ikke skjule at vannelektrolyse bare står for 0,1 prosent av dagens globale hydrogenproduksjon.
Estimert prisutvikling for de ulike produksjonsmetodene for hydrogen: Konkurransedyktige priser på grønt hydrogen vil være avgjørende for energiomstillingen.
For at grønt hydrogen skal bli førstevalget, må det bli mer kostnadseffektivt. Det er her innovative komponenter som pumper og ventiler spiller en viktig rolle. Ifølge informasjon fra Bloomberg var gjennomsnittskostnaden for grønt hydrogen 6,4 USD per kilo i 2023, sammenlignet med 2,13 USD per kilo for grått hydrogen. For at grønt hydrogen skal bli mer konkurransedyktig, må først og fremst prisen på fornybar energi falle. Installasjons- og driftskostnadene for elektrolysører må også bli lavere. International Renewable Energy Agency (IRENA) har avdekket at de samlede kostnadene for elektrolysører kan falle med 80 prosent på lang sikt, hvis produksjonen forbedres, produksjonskapasiteten utvides og standardisering og skalaeffekter utnyttes.
KSB's innovasjoner bidrar til økonomisk effektivitet
Et viktig skritt mot økonomisk effektivitet er å bygge større elektrolysører. Ved å analysere eksisterende prosjekter fant konsulentfirmaet KPMG ut at de totale kostnadene per kilowatt installert elektrolysekapasitet er lavere jo større systemet er – med en spesielt sterk reduksjon i kostnadene i området opp til de første 100 megawattene. Slike store systemer reiser mange tekniske spørsmål: Er det best å oppnå større kapasitet gjennom et stort antall modulære containerløsninger basert på modulprinsippet, eller gjennom enkeltstående, store systemer? Dette reiser også spørsmålet om hva som vil være den mest effektive måten å kjøle ned slike store systemer på.
Et annet viktig aspekt for å senke kostnadene ved elektrolyse er å forlenge levetiden til elektrolysørene. Ifølge informasjon fra International Renewable Energy Agenc, er den nåværende levetiden for PEM-elektrolysører 50 000 til 80 000 driftstimer. På lang sikt bør dette økes til mellom 100 000 og 120 000 driftstimer. Materialinnovasjoner vil spille en avgjørende rolle i denne sammenhengen.
Avgjørende er også standardisering, skaleringseffekter og masseproduksjon av komponenter for elektrolysører.
Derfor bidrar KSB ikke bare med sin forsknings- og utviklingsekspertise til kunders prosjekter, men deltar også i relevante arbeidsgrupper opprettet av standardiseringsorganisasjoner (f.eks. CEN i Frankrike og DIN i Tyskland). Gjennom tett samarbeid med industrien følger KSB nøye med på denne utviklingen. Med sin omfattende utviklingsekspertise og store portefølje av pumper og ventiler for systemer i ulike størrelser, kan KSBs eksperter gi råd om hvordan man kan forbedre både effektiviteten og lønnsomheten.
Derfor bidrar KSB ikke bare med sin forsknings- og utviklingsekspertise til kunders prosjekter, men deltar også i relevante arbeidsgrupper opprettet av standardiseringsorganisasjoner (f.eks. CEN i Frankrike og DIN i Tyskland). Gjennom tett samarbeid med industrien følger KSB nøye med på denne utviklingen. Med sin omfattende utviklingsekspertise og store portefølje av pumper og ventiler for systemer i ulike størrelser, kan KSBs eksperter gi råd om hvordan man kan forbedre både effektiviteten og lønnsomheten.
