Offshore brintproduktion kan blive virkelighed om mindre end 10 år

Siemens Gamesa Fløvej Finn Daugaard Madsen

Snart skal gigantiske havvindmølleparker ved energiøerne ikke kun levere strøm, men også grønne brændstoffer.

Tekst: Sari Vegendal

Ved Fløvej lidt uden for Brande skyder et næsten 150 meter højt, dansk vartegn op på en ellers flad græsmark: vindmøllen. I årtier har den haft sin faste plads i det danske landskab og mindet os om, hvad en lille, vidensstærk nation kan skabe, når store visioner får luft under vingerne.

Med visionerne for den grønne omstilling og statsministerens mål om grønne flyrejser er der igen god grund til at holde øje med dansk vindteknologi – og i særdeleshed vindmøllen ved Fløvej. Den er nemlig blevet koblet sammen med et elektrolyseanlæg, også kaldet et Power-to-X-anlæg, der ved hjælp af strøm fra møllen kan fremstille brint.

Tilsammen udgør de to teknologier verdens første miniudgave af et offshore-brintsetup, der skal etableres omkring Danmarks to første energiøer. Planen er, at gigantiske havvindmølleparker omkring øerne ud over at levere grøn strøm til millioner af husstande  også, i samspil med elektrolyseanlæg, skal forsyne landets fly, busser, lastbiler og biler med grønt brændstof.

”Det bliver kæmpestort, det gør det bare,” siger Finn Daugaard Madsen, der som innovationsmanager ved Siemens Gamesa er en af folkene bag brintsetuppet i Brande. Han kunne i november sidste år fejre, at den første sending brint fra Brande endte som brændstof på partneren Everfuels tankstationer i København.

Hans forventning er, at der om mindre end 10 år vil blive produceret den første brint i elektrolyseanlæg på energiøerne, mens produktionen om 10-15 år vil ske direkte i vindmøllen.

Finn Daugaard Madsen understreger dog, at målet langtfra er nået, og at behovet for forskning og udvikling derfor stadig er stort.

”Tidligere har vi optimeret på møllen for at gøre den så god som muligt. Og vi har optimeret på elektrolysen for at gøre den så god som muligt. Nu er de to ting pludselig koblet sammen, så vi skal optimere på begge dele samtidig. Det giver et hav af ting, der skal testes igennem, og der skal vores forskningsinstitutioner hjælpe os,” siger han og tilføjer:

”Siemens Gamesa og DTU er afhængige af hinanden. Vi er afhængige af de mange gode folk, der er i vores organisationer, og som kan drive udviklingen det rigtige sted hen.”

Tester nye materialer

En af de folk, Finn Daugaard Madsen hentyder til, er Henrik Lund Frandsen, der er seniorforsker ved DTU og arbejder med keramisk elektrolyse. Han er i dialog med Siemens Gamesa om brintprojektet i Brande og samarbejder med andre store aktører, bl.a. Haldor Topsøe.

Ifølge Henrik Lund Frandsen er den største udfordring med Power-to-X på energiøerne, at de brintproducerende elektrolyseanlæg skal køre med vindmøllernes svingende strømproduktion. Eller sagt med vindteknologiske termer: De kører off-grid.

Normalt er et elektrolyseanlæg koblet op på det kollektive elnet, hvor strømtilførslen er konstant, så elektrolysecellerne kontinuerligt kan spalte vand til brint og ilt.

På energiøerne vil elektrolyseanlæggene ikke være koblet op på det kollektive elnet, og hvis ikke de rigtige løsninger til at styre møllerne bliver udviklet, kan det få betydning for strømtilførslen til elektrolysen, der risikerer at blive lige så svingende som vinden. Og det gør det svært at holde driften stabil, ligesom det stiller store krav til materialerne i anlæggene.

”Hvis der er lange perioder uden vind, er der jo ikke noget strøm at lave brint af, og så bliver yderste konsekvens, at man må lukke anlæggene ned. Når de skal startes op igen, skal de først varmes op, og det slider og er dyrt, for højtemperaturelektrolyse sker ved temperaturer på mellem 600 og 850 °C,” forklarer Henrik Lund Frandsen.

Alligevel viser beregninger, at brintproduktion på energiøerne har store økonomiske fordele. Brint er nemlig syv-ti gange billigere at transportere i land end strøm, og det udgør en stor del af den totale omkostning.

Derfor forsker Henrik Lund Frandsen i, hvilke materialer der er de mest robuste at bruge i elektrolysen, så udsving i vind, strømtilførsel og temperaturer slider mindst muligt på drift og anlæg.

”Som det er nu, har materialerne i anlægget det samlet set bedst ved en temperatur på 750 °C. Kommer vi ned i temperatur, ’straffer’ vi de keramiske celler, der producerer brinten, og kommer vi op i temperatur, ’straffer’ vi de stållag, der er i anlæggene. Når man drifter op og ned i strøm, ligger de forskellige materialer og river i hinanden, og det forringer også levetiden,” siger Henrik Lund Frandsen.

Han regner med, at DTU inden for tre år vil være klar til at teste et dynamisk tilpasset Power-to-X-anlæg, der kan holde i fem år, før en udskiftning af komponenter er nødvendig. De nuværende løsninger kan holde i to-tre år.


Siemens Gamesa Fløvej Finn Daugaard Madsen
Power-to-X foregår inde i et elektrolyseanlæg som dette. Strøm fra en opkoblet vindmølle tilføres og får elektrolyseceller i anlægget til at spalte vand til ilt og brint. (Foto: Martin Dam Kristensen)

Det andet X

Planerne for energiøerne har vendt op og ned på vindteknologien, som vi kender den, mener Kenneth Thomsen, der er divisionschef for Wind Turbine Design på DTU. Der er skabt et stort behov for at udvikle og optimere vindmøllerne på ny. Princippet kalder han Design for X.

”Design for X betyder, at vi i designet af vindmøllen skal tage stilling til, hvad den skal anvendes til. Ude ved energiøerne kan vi godt implementere de vindmøller, vi allerede har. Men når vi ser på de enorme mængder af grøn strøm, som vi får brug for, er der en kæmpe fordel i at specialdesigne møllerne, så vi kan reducere prisen på dem og dermed også prisen på energien,” forklarer han.

Ligesom med elektrolyseanlæggene er den afgørende forskel for havvindmøllerne, at de kører off-grid. Når vindmøllerne kører off-grid, betyder det rent teknisk, at man kan fjerne den effektelektronik i møllen, der normalt tilpasser strømmen til elnettet, så frekvensen er på 50 Hz vekselstrøm. Det giver store økonomiske besparelser og åbner ifølge Kenneth Thomsen op for helt nye muligheder.

”Det bliver relevant at se på den generator, der sidder i møllen, og få den til at producere jævnstrøm, for et elektrolyseanlæg kører faktisk på jævnstrøm. Det stiller nye krav til møllen. Her kan vi udvikle på noget, der vil blive anvendt for første gang,” siger han.

Samtidig bliver udviklingen af et digitalt styresystem af møllerne afgørende for at sikre, at samspillet mellem mølle og elektrolyseanlæg kommer til at fungere. Det er dét samspil, der i sidste ende skal sikre en stabil og kontinuerlig produktion af brint.

’Vi kan gøre det igen’

Tilbage til vindmøllen og elektrolyseanlægget ved Fløvej, føler Finn Daugaard Madsen sig overbevist om, at første skridt ind i fremtidens offshore-brinteventyr kun lige er taget.

”Først vil setuppet på energiøerne ligne det, vi har her i Brande. Næste skridt bliver at udvikle en decideret brintmølle, som i stedet for at levere strøm til elektrolyseanlægget leverer brint. Og når vi først har brintmøllen oppe at køre, kan vi bruge brinten fra møllerne til at lave ammoniak som brændstof på et værk derude, der kan forsyne store dele af skibsfarten med brændsel.”

Siemens Gamesa Fløvej Finn Daugaard Madsen
For at få brintproduktion på energiøerne til at fungere mangler der ifølge Finn Daugaard Madsen forskning og innovation på mange områder. (Foto: Martin Dam Kristensen)

Finn Daugaard Madsen estimerer, at Danmark inden for syv-ti år vil være klar til at etablere et setup på energiøerne, der ligner det ved Fløvej, men videre udnyttelse af det fulde potentiale kommer til at kræve forskning, innovation og samarbejde.

Ikke kun inden for udviklingen af elektrolyseanlæggenes robusthed og vindmøllernes tekniske design, men også inden for digital styring af energisystemet, lagring af vedvarende energi, rensning af vandet til elektrolysen og etableringen af hele Power-to-X-løsningen.

”Skal Danmark positionere sig, ligesom vi før har gjort det på mølledelen, så er det samarbejde, udvikling og produktion inden for mange forskellige områder, der skal til. Det er et puslespil at få de der ting til at gå op i en højere enhed, så vi sikrer, at vi altid har strøm i nettet, at vi altid har batterier, der er ladet op, og at vi altid har brint i tanken,” siger Finn Daugaard Madsen.

Tager man et kig ud i verden, særligt mod Kina, er der fart på udviklingen på det vindteknologiske område. Det kan skabe tvivl om, om det overhovedet er muligt for Danmark at slå de store. Men hos Kenneth Thomsen er der ingen tvivl. Som en af de forskere, der i mange år har arbejdet med vindteknologi herhjemme, ved han, hvad en lille nation som Danmark er i stand til at udrette.

”I sin tid fik vi lov til at udvikle på vindteknologi i Danmark, mens resten af verden tænkte: Ja ja – lad dem bare gøre det. Det kommer aldrig til at lykkes. Men pludselig var vindmølleteknologi big business, der kunne redde verden. Nu står vi så og skal bruge grøn energi fra sol og vind i mængder, vi slet ikke kan forestille os. Det kræver specialløsninger som energiøerne, og jeg tror på, at vi kan gøre det igen. Lille Danmark kan blive landet, der viser resten af verden, hvordan man gør.”

Kontakt

Henrik Lund Frandsen

Henrik Lund Frandsen Professor Institut for Energikonvertering og -lagring Mobil: 93 51 16 18?

Kenneth Thomsen

Kenneth Thomsen Divisionschef, Wind Turbine Design Institut for Vind og Energisystemer Mobil: 93511080

Læs mere om energiøer

Europe from space

Energiøer

Energiøer kan gøre Danmark verdensførende
Bornholms energi- og forsyningsselskab BEOF i Rønne

Energiøer

Sensorteknologi giver bornholmere besparelser på den grønne strøm
Thomas Vibe Hoffmeyer

Energiøer

Studierne sendte Thomas tilbage til Bornholm - og har startet en drøm
Vindmøller

Energiøer

Digitalisering skal gøre elforbruget fleksibelt
Havvindmøller i Nordsøen. (Foto: Colourbox)

Debat

Energiøer kan give energikrise en lykkelig slutning