Brint i stedet for elektrificering? Potentialer og risici for klimamål

Brintbaserede brændstoffer bør primært anvendes i sektorer som luftfart eller industrielle processer, der ikke kan elektrificeres, finder et team af forskere. At producere disse brændstoffer er for ineffektivt, dyre og deres tilgængelighed for usikker, i stort omfang at erstatte fossile brændstoffer for eksempel i biler eller opvarmning af huse. For de fleste sektorer, direkte brug af elektricitet for eksempel i batteri-elbiler eller varmepumper giver mere økonomisk mening. Universalt afhængighed af brint-baserede brændstoffer i stedet og fastholdelse af forbrændingsteknologier truer med at låse en yderligere afhængighed af fossile brændstoffer og drivhusgasemissioner.

"Brintbaserede brændstoffer kan være en stor ren energibærer - men alligevel er deres omkostninger og tilhørende risici store, " siger hovedforfatter Falko Ueckerdt fra Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). "Brændstoffer baseret på brint som en universel klimaløsning kan være en smule falsk løfte. Selvom de er vidunderligt alsidige, det skal ikke forventes, at de i store træk erstatter fossile brændstoffer. Brintbaserede brændstoffer vil sandsynligvis være knappe og ikke konkurrencedygtige i mindst et årti mere. At satse på deres omfattende anvendelse vil sandsynligvis øge afhængigheden af ​​fossile brændstoffer:hvis vi holder fast i forbrændingsteknologier og håber at fodre dem med brintbaserede brændstoffer, og disse viser sig at være for dyre og sparsomme, så vil vi ende med at forbrænde olie og gas yderligere og udlede drivhusgasser. Dette kan bringe kort- og langsigtede klimamål i fare."

Prioritering til applikationer som luftfart og stålproduktion

"Vi bør derfor prioritere disse dyrebare brint-baserede brændstoffer til applikationer, hvor de er uundværlige:langdistanceflyvning, råvarer i kemisk produktion, stålproduktion og potentielt nogle højtemperaturindustrielle processer, " siger Ueckerdt. "Dette er sektorer og applikationer, som vi næppe kan elektrificere direkte." Forskerne identificerer en "merit-order af efterspørgsel efter brint og e-brændstof":en prioritering af, hvor man skal bruge disse nye brændstoffer.

Såkaldt grøn brint fremstilles gennem en proces kaldet elektrolyse. For at knække de stabile H2O-vandmolekyler til hydrogen og ilt, der skal meget strøm til. Brinten kan derefter bruges til at syntetisere kulbrintebrændstoffer ved at tilsætte kulstof fra CO ₂ . De resulterende elektrobrændstoffer eller e-brændstoffer er lettere at opbevare og transportere end elektricitet eller rent brint. "Mest vigtigt, e-brændstoffer kan afbrændes i konventionelle forbrændingsprocesser og motorer og dermed direkte erstatte fossile brændstoffer, " siger Gunnar Luderer, medforfatter af papiret. "Imidlertid, på grund af deres begrænsede tilgængelighed, det ville være forkert at tro, at fossiler kan erstattes fuldt ud på denne måde."

At køre en bil med brint-baserede brændstoffer kræver fem gange mere energi end en batteri-elbil

"Vi er i øjeblikket langt fra 100 % vedvarende elektricitet - så effektiv brug af den er nøglen. hvis vi bruger brintbaserede brændstoffer i stedet for direkte elektrificeringsalternativer, to til fjorten gange mængden af ​​elproduktion er nødvendig, afhængigt af applikationen og de respektive teknologier, " siger medforfatter Romain Sacchi fra Paul Scherrer Institute. "Effektivitetstab sker både på udbudssiden, i produktionsprocessen af ​​de brintbaserede brændstoffer, og på efterspørgselssiden - en forbrændingsmotor spilder meget mere energi end en elektrisk."

"Lav energieffektivitet forårsager en skrøbelig klimaeffektivitet, " siger Sacchi. "Hvis produceret med de nuværende elblandinger, brintbaserede brændstoffer ville øge - ikke mindske - drivhusgasemissionerne. For det tyske elmix i 2018, brug af brintbaserede brændstoffer i biler, lastbiler eller fly ville producere omkring tre til fire gange flere drivhusgasemissioner end at bruge fossilt brændstof." elbiler eller lastbiler forårsager drivhusgasemissioner, der er sammenlignelige med eller lavere end dem fra diesel- eller benzinbiler, der allerede er baseret på nutidens elblandinger i de fleste lande, viser forskerne baseret på en fuld vugge-til-grav livscyklusanalyse, der også inkluderer de emissioner, der er forbundet med batteriproduktionen.

"Kun for ægte vedvarende-baserede energisystemer bliver brintbaserede brændstoffer et effektivt middel til at hjælpe med at stabilisere vores klima, " siger medforfatter Jordan Everall. "Brint-baserede brændstoffer kræver således helt klart opbygning af masser af yderligere produktionsfaciliteter for vedvarende energi."

Drivhusgasreduktionsomkostningerne for brintbaserede brændstoffer er i øjeblikket omkring 1.000 euro pr. ton CO ₂

Selv hvis man antager 100 % vedvarende elektricitet, omkostningerne ved at undgå et ton CO ₂ emissioner ved at bruge brintbaserede brændstoffer vil i øjeblikket være 800 euro for flydende og 1200 euro for gasformige brændstoffer. beregnede forskerne. Dette er meget højere end den nuværende CO ₂ priser for eksempel i den europæiske emissionshandelsordning, som i øjeblikket er under 50 euro pr. ton. Imidlertid, hvis der er fortsatte teknologiske fremskridt drevet af CO ₂ priser samt subsidier og investeringer i brint og relaterede industrier, i 2050 er disse CO ₂ reduktionsomkostningerne kan falde til omkring 20 euro for flydende og 270 euro for gasformige e-brændstoffer.

Derfor, med stigende CO ₂ priserne på brintbaserede brændstoffer kan sandsynligvis blive omkostningskonkurrencedygtige i 2040. Dette er for sent for de sektorer, hvor der findes direkte elektrificeringsalternativer, i betragtning af det haster med at reducere drivhusgasemissionerne for at stabilisere vores klima.

Kulstofpriser er nødvendige for at gøre brintbaserede brændstoffer konkurrencedygtige

"På trods af usikkerheden om fremtidige omkostninger, brintbaserede brændstoffer har potentiale til at blive en bagstopperteknologi til at erstatte alle resterende fossile brændstoffer omkring 2040-50. Imidlertid, realiseringen afhænger af betydelig storstilet politisk støtte og faktisk subsidier i omkring to årtier, før business cases kan sikres udelukkende ved at øge CO2-priserne, " siger Falko Ueckerdt. "En overordnet politisk strategi kunne hvile på to søjler:For det første, bred teknologistøtte til at fremme innovation og indledende opskalering, herunder direkte elektrificering. Sekund, betydelige CO2-priser og en energiskattereform, der tilsammen skaber lige vilkår for alle teknologier og dermed en fornuftig balance mellem direkte og indirekte elektrificering."

"Den langsigtede vision for brintbaserede brændstoffer er lovende, " siger Gunnar Luderer. "Ved at udnytte det enorme vind- og solenergipotentiale i de globale solbælter, e-brændstoffer kan handles globalt og dermed løse vedvarende energiflaskehalse i tætbefolkede lande som Japan eller i Europa. Imidlertid, da internationale og nationale klimamål kræver øjeblikkelige emissionsreduktioner, fra et klimaperspektiv bør direkte elektrificering komme først for at sikre en sikker fremtid for alle."

Undersøgelsen er offentliggjort i Naturens klimaforandringer .