KEB, Alm.del - 2012-13 - Bilag 100: Publikation: Energikonvertering, lagring og afbalancering - stort potentiale i brint og brændselsceller.

ProduktionI produktionstrinnet introduceres fluktu-erende vedvarende energi i elnettet fravind, sol og bølger. Ligeledes introduceresbiomasse i systemet: den gule og grønnefra land- og skovbrug, den blå fra havet ogden affaldsbaserede.konvertering 1I dette trin omdannes fluktuerende vind,sol og bølgekraft via elektrolyse til ilt oglagringsdygtig brint. Biomasse forgassestil biogas, som vha. brint kan opgraderestil enten VE-gas af naturgaskvalitet ellergrønne syntetiske brændstoffer.lagring og inFrastrukturDen producerede brint og VE-gasser kanlagres i det eksisterende naturgasnet, i ka-verner og i tanke. De grønne syntetiskebrændstoffer kan lagres som de fossilebrændstoffer, vi kender i dag. Gasserne ogbrændstofferne kan i modsætning til ellagres i længere tid og skal ikke anvendesmed det samme. Energi kan også lagres istørre mængder som varme eller i småmængder i batterier (f.eks. i elbiler).konvertering 2I dette konverteringstrin konverteres brintog VE-gasser til elektricitet via brændsels-celler. Konverteringstab i form af varmekan anvendes i fjernvarmenettet.ForbrugBrint, andre VE-gasser, såsom biogas afnaturgaskvalitet, og grønne syntetiskebrændstoffer kan igennem motorer ogbrændselsceller levere miljørigtige mobileog stationære energiløsninger. Mobile ener-giløsninger indbefatter ”on road” såvel som”off road” anvendelser. Stationære anven-delser inkluderer centrale og decentralekraftværker, husstandsbaseret mikrokraft-varme, nødstrømsanlæg samt en række aføvrige anvendelser på nært foreståendemarkeder.

ForordDette dokument er den nationale strategi for brintteknologisk forskning,udvikling og demonstration. Arbejdet med udformning af en ny strategi bleviværksat i begyndelsen af 2012 af Partnerskabet for brint og brændselsceller.Den nye nationale strategi supplerer Partnerskabets tidligere nationale strategi,”Brintteknologier – strategi for forskning, udvikling og demonstration i Danmark”frajuni 2005. Den tidligere strategi beskriver udfordringerne og omkostningerneved den teknologiske udvikling inden for brint- og brændselscelleområdetfrem til 2016 – og er gældende frem til 2016.Partnerskabets strategi anno 2012 beskriver de energiteknologiske udfordringeri forbindelse med brintteknologisk udvikling frem til 2016 – og i en årrækkederefter. Strategien giver en opdateret status for brint- og brændselscelleområdet,beskriver områdets fremtidige potentialer, og konkretiserer dets fremtidigebehov for teknologisk udvikling.Strategiens hovedfokus er at skrive sig ind i forhold til de energipolitiskemålsætninger med fokus på, hvordan elektrolyse, brint og brændselsceller kanbidrage til at indfri Danmarks fremtidige energipolitiske målsætninger. I strategienskal der ved ”brintteknologier” samlet set forstås: Elektrolyse og brændselscellersom konverteringsteknologier, og brint og brintholdige brændstoffer, såsommetanol, som energibærere.Strategien er udarbejdet af en arbejdsgruppe bestående af Per Balslev – DanthermPower A/S, Mikael Sloth – H2 Logic A/S, Laila Grahl Madsen – IRD A/S, HansAage Hjuler – Danish Power Systems Ltd., Kristina Fløche Juelsgaard – SEAS-NVEa.m.b.a., Jan K. Jensen – DGC, Søren Linderoth – DTU Energikonverteringsamt Partnerskabets sekretariat.Energistyrelsen/EUDP, Energinet.dk og Styrelsen for Forskning og Innovationdeltager i Partnerskabet som observatører og står kun bag strategiens anbe-falinger til teknologiudviklingen – og ikke strategiens anbefalinger til detpolitiske system.På vegne af Partnerskabet takkes alle, der har medvirket i processen med ud-formning af denne nye danske strategi for brintteknologisk udvikling.København, december 2012

Resume oganbefalingerEfter 2025 vil en stor andel af fluktuerende vedvarende energikilder (vind, sol mv.)indgå i det danske energisystem. En stor fluktuerende energiproduktion betyder,atenergikonverteringsamt evne til atlagreenergi vil være afgørende brikker for atopnå enbalanceretfremtidig energiforsyning.Elektrolyse og brændselscellerer teknologier for energikonvertering og kan sammenmed brint som energibærer bidrage til at balancere energisystemet: Brintteknologiersom elektrolyse, brint og brændselsceller kan tilbyde høj fleksibilitet med evne tilhurtigt at op- og nedregulere produktion og forbrug af el. Med disse teknologier kandet danske forsyningsnet bringes i balance i tidsintervallet fra sekunder, minutter ogtimer (balancering ved smart grid) op til dage, uger eller måneder (balancering vedenergilagring). På den måde kan vi sikre, at energiproduktion på alle tidspunkteri døgnet kan balanceres i forhold til forbrug. Dette kan blive af stor økonomiskværdi for netselskaber, den systemansvarlige virksomhed og i sidste instans for for-brugerne.Elektrolyse, brint og brændselsceller faciliterer et samspil mellem el, gas og varmei energiværdikæden fra produktion til forbrug (se figur i omslaget): Etelektrolyse-anlægkan omdanne VE-baseret elektricitet tilbrint,der kan transporteres og lagres,eksempelvis i det eksisterende gasnet. Den lagrede brint kan i etbrændselscelleanlægomdannes til elektricitet igen – alt efter behov. Den producerede brint kan yderligerebruges til opgradering af biogas til gas af naturgaskvalitet med en mængdefor-øgelse på 60 % samt øge mængden af grønne syntetiske brændstoffer med 100 %.Både elektrolyseanlæggene og brændselscelleanlæggene har høje virkningsgrader.Opkvalificeret anvendelse af biomasse bliver vigtig i fremtiden, da biomasse bliver

en knap ressource inden for energisektoren. Løsningen med VE-baseret brint gørogså Danmark mindre afhængig af el- og gasimport fra vores nabolande; Danmarkfår så at sige større uafhængighed og større værdi af dansk produceret vindmølle-el og biogas.Brintteknologierne kan levere fremtidens miljøvenligetransportløsninger:Brændsels-cellesystemer kan integreres i køretøjer, så de bliver et forureningsfrit alternativ tilbenzin- og dieselbiler – med den samme køreradius og korte optankningstid.Brint kan produceres på tankstationer via elektrolyse. På det stationære områdevil forurenende naturgas- og oliefyr kunne udskiftes med brændselscellebaseretmikrokraftvarme. Begge teknologier vil være til gavn for miljøet, og balancering aflavspændingsnettet vil kunne understøttes med regulerbar decentral produktionfra brændselsceller.Elektrolyse-, brint- og brændselscelleteknologier vil endvidere indgå i en rækkeprodukter og anvendelser ude hos virksomheder og forbrugere. Disse benævnes”nicheanvendelser”, skønt de på verdensplan repræsenterer meget store markeder.Eksempler på nicheanvendelser er forureningsfri køretøjer til intern og ”off-road”-transport samt produkter til erstatning af elgeneratorer, batterier etc. En introduktionaf nye brint- og brændselscelleteknologier på nært foreståendenichemarkederskalvære afsæt for en langsigtet kommercialisering af brint og brændselsceller inden forenergiområdet frem mod 2025. Industrien for elektrolyse, brint og brændselscelleranslår et eksportpotentiale på op mod 23 mia. kroner i 2025 for disse markeder, medmulighed for dannelsen af 12.500 arbejdspladser. Teknologierne kan således blive enhovedspiller i fremtidens energisystem, forudsat at de får den markanteoffentligeog private opbakning,som de hidtil har oplevet.Offentlig støttetil forskning, udvikling og demonstration vil der fortsat være behovfor frem til 2016. Herefter vil der især være behov for støtte til forskning af meregrundlæggende karakter inden for f.eks. materialer, komponenter og systeminte-gration for at forbedre levetider på anlæg og reducere priser. Det vil også fortsat værenødvendigt med en offentlig støtte til udvikling og demonstration, for eksempel tiletablering af store MW elektrolyse- og brændselscelleanlæg. Etablering af gunstigeoffentligerammebetingelserfor markedsmodning er vigtig, idet stykprisen påprodukterne umiddelbart efter demonstration ikke er på et konkurrencedygtigtniveau. Sådanne rammebetingelser vil fremme udnyttelse af de danske styrke-positioner til gavn for fremtidig dansk grøn vækst og etablering af arbejdspladser.Afgørende for elektrolyse-, brint- og brændselscelleindustrien er etableringen afentilskudsordningfor produktion og anvendelse af brint som VE-gas til energi- ogtransportformål – på linje med den gældende ordning for biogas. Samtidigt er detvigtigt, at der etableres en værditilskrivning til brint- og brændselscelleanlæg, derbidrager til at balancere elnettet.Værditilskrivningenskulle gerne være af sammeværdi, som nettoafregningsordningen har været praktiseret for solcelleproducenter.Endvidere er det vigtigt at etablere en gradvis indfasning af registreringsafgiften påbrændselscellebiler fra 2015 og frem mod 2025, der følger den forventede prisre-duktion, så teknologien er konkurrencedygtig.Endelig vurderes det, at en fremtidig, effektiv udvikling af brintteknologier kan skeved fortsat at organisere Partnerskabet med et solidt og effektivt offentligt-privatsamarbejde.

IndledningInternationalt knyttes der store forhåbninger til brint- og brændselscelleteknolo-giernes rolle i en fremtidig bæredygtig energiøkonomi, der indebærer en gradvisreduceret afhængighed af fossile brændsler, øget anvendelse af vedvarende energiog reduktion af udledningen af drivhusgasser.I Danmark kan den fastlagte energipolitik blive en stærk drivkraft for dansk energi-teknologisk udvikling inden for brint og brændselsceller. Med energiaftalen framarts 2012 tager Danmark et markant skridt frem mod en fuld udfasning af fossilebrændsler og en omlægning til hundred procent vedvarende energi: Det samledeforbrug af fossile brændsler skal reduceres med 25 % fra 2010 til 2020, anvendelsenaf fossile brændsler til el og varme skal halveres i samme periode, og vind skaludgøre ca. 50 % af elforbruget i 2020. Endelig er det også Regeringens mål, at heleel- og varmeforsyningen i 2035 skal dækkes af vedvarende energi.Med de store andele af fluktuerende vedvarende energikilder (vind, sol mv.) i detdanske energisystem bliverenergikonvertering og lagringen afgørende brik for atopnå en fremtidigbalanceretenergiforsyning. Elektrolyse, brint og brændselscellerkan blive en hovedspiller inden for energikonvertering, lagring og balancering, hvisteknologierne fortsat får den store opbakning, som de hidtil har oplevet.Inden for de sidste 10 år er der internationalt set investeret betydelige midler iudviklingen af brintteknologier. Alene i Danmark har virksomheder og forsk-ningsinstitutioner siden 2001 investeret to milliarder kroner i teknologierne, medbidrag fra offentlige programmer. Disse investeringer har gjort det muligt atudvikle og modne brintteknologierne i en sådan grad, at markedsintroduktion i

stor skala inden for flere nicheområder kan påbegyndes inden 2016. Partnerskabetforventer dog, at brintteknologier først frem mod 2025 kan spille en afgørenderolle i den danske energiforsyning. Dette passer fint sammen med det faktum, atdet først er i perioden mellem 2020 og 2035, at indspillet fra vedvarende energi vilvære så betydeligt, at der vil blive efterspurgt brint- og brændselscellebaseredekonverteringsteknologier i stor skala samt brint og metanol som energibærere.Denne strategi beskriver, hvordan elektrolyse, brint og brændselsceller kan bidragetil at indfri Danmarks energipolitiske målsætninger. Strategien giver en status forden teknologiske udvikling inden for disse teknologiområder og angiver, hvilkebehov og mål for udvikling der er frem til markedsintroduktion. Endvidere beskri-ver strategien behovet for dansk offentlig støtte og udlægger de rammebetingelser,der kan resultere i en udbygning og fuld udnyttelse af de danske styrkepositioner– til gavn for fremtidig dansk grøn vækst og etablering af arbejdspladser.En dansk strategi for teknologisk udvikling inden for så stort et område som elektro-lyse, brint og brændselsceller vedrører mange virksomheder og forskningsinstitu-tioner. Den dækker endvidere alle udviklingstrinnene fra grundforskning, viaanvendt forskning, til udvikling og demonstration og frem til markedsintroduktion.Udviklingstrinnene er yderligere beskrevet i de forskellige teknologi- og markeds-specifikke delstrategier og roadmaps, som kan downloades fra Partnerskabethjemmeside.

Mål og midlerDen danske brint- og brændselscellebranches overordnede og langsigtede mål er:at levere energikonverteringsteknologier og energibærere til værdikæden fraproduktion af energi til forbrug, og at den danske energiforsyning som følge herafbalanceres. Målet er også, at en introduktion af nye elektrolyse-, brint- og brænd-selscelleteknologier på en række nært forestående nichemarkeder frem mod 2025skal lede frem til en langsigtet kommercialisering heraf inden for energiområdet.Indfrielsen af de danske energipolitiske målsætninger kan ske ved at brint, brændsels-celler og elektrolyse bidrager til at:• balancere og effektivisere et energisystem med meget vind- og solenergi mv.,• onvertere grøn el til lagringsdygtige brændstoffer til transportsektoren, k• styrke Danmarks handelsmæssige position på det internationale elmarked og opnå forsyningssikkerhed,• live et dansk styrkeområde, hvor en hurtig energiteknologisk satsning kan bskabe eksport og vækst med tusinder af grønne arbejdspladser i Danmark.Midlerne til en effektiv udvikling af elektrolyse-, brint- og brændselscelleteknolo-gier med efterfølgende markedsintroduktion er, at:virksomheder og vidensinstitutioner:• udvikler nye omkostningseffektive brintteknologier til konkurrencedygtige priser,• fremmerudvikling af kernekompetencer,hvor der er komparativestyrkepositioner og erhvervsmæssige muligheder,• fortsætter den langsigtedeog fleksible danske forsknings-, udviklings-,og demonstrationsindsatsi et tæt samarbejde med internationale aktører,• udvikler nyestandarder, benchmarkingtests etc.for brintteknologiervia internationalt samarbejde og indpasser disse energieffektivt og økonomisk,det offentlige• fremmer den teknologiske udvikling ved fortsat at yde offentligstøttehertil,• optræder som indkøber af nye teknologier, der er under markedsmodning, • etablerer optimalerammebetingelser og vilkårfor brintteknologisk udvikling,der vil styrke danske aktørers kompetencer og konkurrenceevne på et danskmarked med efterfølgende eksportmuligheder,alle Partnerskabets medlemmer:• styrker teknologispecifikkenetværkmellem virksomheder, vidensinstitutioner ogmyndigheder med henblik på at udarbejde sammenhængende energiløsninger,• videreudvikler tæt samarbejdeog synergimellem offentlige aktører ogerhvervsliv, bl.a. ved at offentliggøre fælles nationale strategier og roadmaps,• arbejder for atetablere de nødvendige betingelser,der skaber fodfæste ogmarkedsindtrængning af nye brintteknologiprodukter,• positionerer dansk teknologisk udviklingog danske interesser i en europæiskog international kontekst.Samspil mellem alle aktører er essentielt for at indfri branchens målsætninger.

FossiluafhængighedEn række sektorer forlader sig i dag på fossile brændstoffer. Det langsigtede energi-politiske mål er at udfase og erstatte disse med 100 % vedvarende energi frem mod2050, primært fra vind. Det betyder, at de konventionelle store danske kraftværkeri løbet af en årrække udgår af produktion og dermed ikke længere kan understøtteog balancere elsystemet. Et elsystem, der udelukkende er baseret på fluktuerendeenergikilder, bliver sårbart uden opbakning fra andre energiformer, når der eksem-pelvis er vindstille i lange perioder og møllerne står stille. Udfordringen bliver dermedat skabe fleksibilitet og dynamik i elnettet, så det på alle tidspunkter kan balanceresi forhold til produktion og efterspørgsel.Pådet overordnede net(transmissionsnettet), hvor de store vindmølleparker erinstalleret, vurderer Energinet.dk, at en del af løsningen frem mod 2025 er dynamiskeksport/import af energi til nabolandene for at håndtere periodisk over- og under-produktion af energi i forhold til det danske forbrug.Påmellem- og lavspændingsnettene,hvor solceller og mikromøller er installeret,forventer netselskaberne, at over- og underproduktionen bliver håndteret ved bl.a.at styre forbrugernes efterspørgsel og mulighed for egenproduktion, ved at lagreenergi lokalt, ved samspil med det overordnede net eller ved at udbygge elnettetlokalt.Begge nethænger sammen, og for at sikre balance og stabilitet i disse er der efter2025 behov for en bred portefølje af fleksible teknologier og løsninger til at håndtereden fluktuerende energiproduktion. Her vurderer Partnerskabet,at brintteknolo-gierne elektrolyse, brint og brændselsceller kan spille en betydelig rolle.

Sådan kanelnettet balanceresBrintteknologierne kan balancere elnettet på to måder: Balancering ved op- ognedregulering og balancering igennem lagring af el. Ved op- og nedregulering(smart grid) balanceres elnettet hovedsageligt i sekunder, minutter og timer, og vedlagring af energi balanceres elnettet primært fra flere timer og op til dage, uger ellermåneder. For at skabe balance i elnettet er vi altså nødt til at basere os på lagretenergi, produceret i tidsrum med overproduktion af vedvarende el. Energikonver-teringsteknologier og energibærere bliver nøglen til at sikre, at energiproduktion påalle tidspunkter kan balanceres i forhold til forbrug. På denne måde kan dynamikkenunderstøttes i et fremtidigt energisystem med mere end 50 % vind.Op- og nedregulering (smart grid)”Smart grid” er et fleksibelt og intelligent elsystem, hvor produktion, transport ogforbrug af el kobles intelligent sammen. Brintteknologier kan centralt eller decentraltigennem elektrolyse aftage elektricitet og konvertere den til energibærere som brint,andre VE-gasser og grønne syntetiske brændstoffer. Den største værdi i smart-grid-sammenhæng tillægges dog brændselscellers evne til efterfølgende at konverteretilbage til el igennem centrale eller decentrale kraftværker, mikrokraftvarme ogen række øvrige anvendelser. Derved op- og nedreguleres elnettet. Endvidere vileksempelvis produktion og lagring ved brinttankstationer også kunne bidrage medbalancering.LagringEn lagring af energien kan hensigtsmæssigt ske i samspil mellem el-, gas- og varme-systemet, hvor især gas bliver en afgørende faktor. Gas kan nemlig lagres og anvendes,når man i Danmark i perioder mangler strøm (ved lidt, eller ingen vind). Eftersomnaturgassen de næste årtier forventes at slippe op i Nordsøen, kan de såkaldteVE-gasser være med til at tage over og skabe balance i energisystemet. VE-gasserdannes oftest ud fra organisk materiale ved fermentering til biogas eller ved for-gasning til kulilte og brint, men kan også dannes ved elektrolyse af vand til brint.EnergiværdikædenFiguren forrest i strategiens omslag præsenterer et fremtidsscenarie for energisyste-met og viser samspillet mellem el, gas og varme i energiværdikæden fra produktiontil forbrug. Teknologier for op- og nedregulering samt lagring af energi indgårsom del af figurens energiværdikæde. Forklarende tekst til energiværdikædensenkelte led forefindes ved figuren. De danske styrkepositioner inden for elektrolyse,brint og brændselsceller kan således bidrage til en mere effektiv udnyttelse af defluktuerende vedvarende energikilder igennem balancering af elnettet. Konverte-ring og lagring af el fra vind og sol mv. vil samtidig betyde, at vi på nationalt plannedbringer risikoen for at sælge overskud af el billigt for at købe det dyrt tilbage,når betingelser for produktion af vedvarende energi er ugunstige. En høj nationalforsyningssikkerhed sikres derved.

BrintteknologierBrændselsceller er en teknologi, som kan konvertere forskellige brændsler, herundergas og metanol, til elektricitet og varme. Konverteringen af elektrisk energi tilbrint benævnes elektrolyse og er populært sagt karakteriseret som en omvendtbrændselscelleproces. Brint og det meget brintholdige brændstof metanol beteg-nes som energibærere. Disse konverteringsteknologier og energibærere betegnes”brintteknologier”.I Danmark har der været forsket og udviklet i brintteknologier i ca. 25 år, og danskevirksomheder og universiteter er blandt de førende i verden på området.Elektrolyse- og brændselscelleanlæg vil kunne produceres i stort set alle størrelserog kan indgå i vidt forskellige produkter. Brændselsceller kan indbygges i småhøreapparater, anvendes til nødstrømsanlæg, i biler, i store kraftvarmeanlæg etc.Brændselsceller kan erstatte eller supplere eksempelvis batterier, oliefyr og diesel- ogbenzingeneratorer. Der findes en lang række forskellige brændselscelleteknologier,som hver har sine fordele. Produkter, hvori der indgår elektrolyseanlæg for frem-bringelse af brint til anvendelse i et samtidigt indbygget brændselscelleanlæg,forventes fremtidigt at have meget store markedspotentialer. Derudover er vigtigetidlige og hurtigt voksende markeder for brændselsceller for eksempel brændsels-celleenheder til nødstrømsanlæg, ”off road” køretøjer og elgeneratorer.På figur 2 er det markeret, hvor elektrolyse-, brint- og brændselscelleteknologierisær forventes at kunne bidrage til det fremtidige energisystem. Hvert af dissemarkerede områder vil efterfølgende blive beskrevet.

Områderne er:• Elektrolyse og brintproduktion, • lagring og infrastruktur, • brændselscellebaseret konvertering til el, • forbrugs- og anvendelsesområder. Der er efterfølgende, for hvert teknologiområde, givet en opdateret status, derbeskriver områdets fremtidige potentialer, og det fremtidige behov for teknologiskudvikling er konkretiseret.Elektrolyse og brintproduktionElektrolyse er en elektrokemisk proces, der ved hjælp af elek-Elektrolysetroder spalter vand til ilt og brint. Elektrolyseteknologien erhjertet i processen med at lagre el som brint og andre VE-gasser:Elektrolyse omdanner elektricitet til brint og ilt, men kan ogsåproducere andre VE-gasser og flydende brændsler. Elektrolyseteknologierne harsåledes potentialer for både at lagre store mængder energi og for prisbilligt ogeffektivt at kunne producere let anvendelige brændsler, såsom brint, VE-gasser afnaturgaskvalitet og grøn metanol til brændselsceller. Elektrolyse kan igennemopgradering forøge mængderne af VE-gas af naturgaskvalitet med 60 % og mængdenaf grønne syntetiske brændstoffer med op til 100 %. Biomasse er i dag det mestalmindelige udgangspunkt for fremstilling af VE-gas. Teknologierne er velkendte ogudbredte og har store potentialer for fremtiden. Partnerskabet ser store potentialer ielektrolyseteknologien, med de fordele den bibringer omkring fleksibilitet ogbalancering.Brint fremstilles i dag billigt i store mængder ud fra fossile brændstoffer til anven-delse i procesindustrien. Brint af ekstra høj renhed produceres igennem elektrolysetil anvendelse i forskellige industrielle henseender. Disse markeder er karakteriseretved at have en lav prisfølsomhed og moderate krav til virkningsgrad.

Følgende tre elektrolyseteknologier er under udvikling i Danmark:• lkalisk elektrolyse: Kommercielt dominerendeelektrolyseteknologi anvendtApå kommercielle vilkår til industrielle formål. Udvikling foregår primært indenfor optimering af systemeffektivitet og systemlevetider og er rettet mod nyeanvendelser, herunder lagring af vedvarende energi og forsyning af brint ogVE-gasser til el-/ varmeproduktion og transport. Særligt skal elektrodeoverfladervidereudvikles mhp. øget strømtæthed. Alkalisk elektrolyse udvikles primærthos GreenHydrogen.dk og Siemens A/S i samarbejde med Strandmøllen A/S,H2 Logic A/S, DTU og Center for Energiteknologier AU Herning.• EM-elektrolyse: Kommercieltintroduceretelektrolyse, som indtil videre indgår iPudviklings- og demonstrationsprojekter for fleksibel forsyning af brint ogVE-gasser til mikrokraftvarmeanlæg, transport samt en række tidlige markeds-anvendelser. Teknologiudviklingen vil have til mål at reducere fremstillings-prisen for et elektrolyseanlæg ved at forbedre performance af cellen, ved atreducere materialeforbrug og ved at optimere anvendelsen af systemkomponenterog deres ydelseseffektivitet. PEM-elektrolyse udvikles primært hos IRD A/S ogDTU Energikonvertering.• OEC-elektrolyse: Prækommerciel elektrolyseteknologi med store perspektiverSfor at opnå høj effektivitet. Forsyning forventes især til store, centrale anlæg tilenergibalancering og regulering i elsystemet. Teknologien er endnu ikke ianvendelse, men udviklingen i laboratorierne viser lovende resultater. SOEC-udviklingen vil fokusere på fremstilling og optimering af demonstrationsen-heder til anvendelse i systemtest i laboratorier og ved eksterne pilotforsøg.Derudover skal der udvikles tryksatte systemer samt metoder til karakteriseringog optimering af cellernes og stakkenes levetid. SOEC-elektrolyse udviklesprimært hos Haldor Topsøe A/S og Topsoe Fuel Cell A/S i et samarbejde medDTU Energikonvertering.Den relativt nye og intense danske satsning på elektrolyse udspringer af tiltro til, atdansk viden inden for brændselsceller, elektroder etc. hurtigt kan føre til udviklingaf effektive og prisbillige elektrolyseanlæg til fremstilling af store mængder brinttil lagring af vedvarende energi. Målet er at demonstrere store elektrolyseanlæg iMW-størrelsen inden 2016 og at indbygge produktion af brint på brinttankstationer,i mikrokraftvarmeanlæg, i nødstrømsanlæg etc.På verdensplan findes der adskillige elektrolyseaktører på det industrielle marked,men kun få fokuserer på energimarkedet. Dette indikerer, at der er et stort poten-tiale for dansk eksport. Inden for energiområdet skal anlæg være i drift med højomsætningseffektivitet og med god evne til at op- og nedregulere. Potentialetunderstreges også af, at den globale efterspørgsel på fleksible bæredygtige energi-teknologier stiger. Derfor er det vigtigt, at der kontinuerligt støttes op om udvikling,demonstration og modning af elektrolyseteknologierne, så danske aktører i frem-tiden kan være blandt de førende på området.Partnerskabet forventer, at der frem til ca. 2020 er et fortsat behov for en omfat-tende offentlig støtte til udvikling og demonstration af elektrolyseanlæg. SOEC er denmindst modne teknologi og kan have behov for omfattende støtte også efter 2020.

Lagring og infrastrukturLagring af energi som gas eller som grønne flydende brænd-stoffer er afgørende for fremtidens energisystem. Gassen kanlagres centralt eller decentralt. Når store mængder energi lagresgeografisk på ét sted, skal energien efterfølgende bringes ud tilforbrugerne gennem en infrastruktur. Den lagrede energi kanenten centralt konverteres til el gennem et brændselscellebase-ret kraftvarmeværk til efterfølgende distribuering igennemelnettet eller distribueres som gas eller flydende brændstoff.eks. igennem rør. Økonomisk set er det billigere at etablere eninfrastruktur til transport af energi på gasform frem for energisom elektricitet. En infrastruktur til transport af VE-gas kanf.eks. være det eksisterende naturgasnet eller nye etableredebrintnet.

Et VE-gasnet(naturgasnettet)kan, udover at være en del af en infrastruktur, ogsåvirke som et lager for energi, hvor gassen lagres i gasrørene. Til sammenligningkan el ikke lagres i elnettet, men skal anvendes øjeblikkeligt efter produktion. VE-gaskan altså transporteres i det eksisterende naturgasnet, som sammen med kaverneri undergrunden udgør et stort energilager, og kan blive en betydelig buffer i forholdtil den fluktuerende, vedvarende energiforsyning. Et distributionsnet for rentbrint med tilhørende kaverner kunne også tænkes at have et stort potentiale fordistribution og lagring af energi.Grønne syntetiske flydende brændstofferhar stor energitæthed og er lette og billige atlagre og distribuere. De grønne syntetiske brændstoffer har især et stort potentialeinden for transport, herunder tung landtransport, ”off road”-transport, flytrafikog skibsfart. De kan også forventes at erstatte diesel til generatorer.Den ambitiøse danske energipolitik gør det nødvendigt hurtigt at udvikle lagrings-og distributionsteknologier. En hurtig ageren kan blive et grundlag for, at danskeaktører inden for industri- og forskningsverdenen kan blive internationalt førende.Yderligere udvikling inden for området vil kræve både forskning, udvikling,demonstration og forretningsudvikling – herunder finansiering af lagrings- oginfrastruktur. Ikke mindst DONG Energy A/S har stor ekspertise inden for detteområde.Stationære brændselscelleanlægtil konvertering til el og varmeBrændselsceller omdanner ved en elektrokemisk proces etKraftvarmebrændsel til elektricitet og varme. Brændselsceller udmærkersig ved at have en høj elektrisk virkningsgrad, skalerbar teknologiog stort belastningsinterval med lille tab af effektivitet. Brændselscelleanlæg kanlevere hurtig op- og nedregulering af elnettet, som er af stor økonomisk værdi fornetselskaber, den systemansvarlige virksomhed og for forbrugerne.Brændsels-celler

Følgende tre brændselscelleteknologier er under udvikling i Danmark:• T-PEM-brændselsceller: Kommercieltdominerendebrændselscelleteknologi,Lder eksempelvis anvendes i brændselscellebiler, arbejdskøretøjer, gaffeltrucks,nødstrømsanlæg, hjælpegeneratorer, mikrokraftvarmeanlæg etc. Brændsels-cellerne udmærker sig specielt ved at have en opstartstid på et par sekunder, selvfra meget lave temperaturer. Brændstoffet til LT-PEM er brint, dog findes der enundergruppe af denne type brændselsceller, der injiceres direkte med metanol(DMFC). De celler og stakke, der anvendes i Danmark, udvikles hos IRD A/Sog Ballard Power Systems Inc. Derudover indgår Københavns Universitet,Syddansk Universitet, DTU Fysik og Cemtec i samarbejdet. Dansk udviklingvil primært være rettet mod at optimere effektivitet, forlænge levetid og reduceredegradering for celler og stakke. Endvidere arbejdes der for at reducere system-priser for færdige anlæg.• T-PEM-brændselsceller: Kommercieltintroduceretbrændselscelleteknologi,Hder indtil videre indgår i en række udviklings- og demonstrationsprojekter forarbejdskøretøjer og hjælpegeneratorer. Brændstoffet kan eksempelvis værebrint og metanol. De celler og stakke, der anvendes i Danmark, udvikles hosDanish Power Systems Ltd. og Serenergy A/S i samarbejde med AAU, IRD A/Sog DTU Energikonvertering. Der anvendes også celler fra BASF i Tyskland/USA. Den danske udvikling er primært rettet mod optimering af effektivitetog levetid for celler samt mod at reducere prisen.• OFC-brændselsceller: Prækommerciel teknologi med store perspektiver for atSopnå høj effektivitet. Teknologien er kun demonstreret anvendt i enkelte tilfælde,men har store perspektiver inden for mikrokraftvarme, elgeneratorer og størredecentrale og centrale kraftvarmeanlæg til energiforsyning, energibalanceringog regulering af elsystemet. Høj driftstemperatur gør, at SOFC er fleksibel medhensyn til anvendelse af forskellige brændsler. Brændselscellerne kan idrift-sættes med meget høj elvirkningsgrad og under gunstige vilkår endda med enhøjere elvirkningsgrad end for store centrale kraftværker. De celler og stakke, deranvendes i Danmark, udvikles hos Topsoe Fuel Cell A/S i samarbejde med DTUEnergikonvertering. Den danske udvikling er primært rettet mod at optimereeffektivitet, forlænge levetid og at billiggøre anvendelsen af materialer samt at fåfremstillingsprocesser effektiviseret og billiggjort.Stationære brændselscelleanlæg indbefattermikrokraftvarme(<5 kW) ogmini-kraftvarme(5-50 kW) samt større stationære anlæg. Mikrokraftvarme og mini-kraftvarme omtales i det efterfølgende afsnit,Forbrugs- og anvendelsesområder.Større stationære brændselscelleanlæg er efter brændselscelleindustriens opgø-relse defineret til at gå fra 50kWe til 50 MWe installeret effekt. Disse udvikles iDanmark af Dantherm Power A/S og forventes med tiden også at blive udviklethos Topsoe Fuel Cell A/S og IRD A/S.Danske brændselscelleaktører forventer frem mod 2020 et potentielt årligt markedfor anlæg i størrelsen fra 20kWe til 2MWe på i alt 1 GWe i Europa. Større brændsels-cellebaserede kraftvarmeenheder på mellem 2 til 50 MW vurderes frem mod 2025at have et stort potentiale inden for grøn kontinuerlig kraftvarmeproduktion oginden for netbalancering.

De danske brændselscelleaktører forventer, at udvikling af systemer til størrestationære anlæg for decentral kraftproduktion vil ske i et samarbejde mellembrændselscelleproducenter og systemintegratorer. Udfordringen vil være konti-nuerligt at udvikle og demonstrere større og større anlæg ved at opskalere.Forbrugs- og anvendelsesområderBrintteknologierne indgår, ud over i anvendelserne anført i deforegående afsnit, også hos almindelige forbrugere. Inden fordette område forventer Partnerskabet at følgende fremtidigemarkeder vil få størst betydning for energisektoren:1)Mikrokraftvarme(<5 kW) ogminikraftvarme(5-50 kW). Mikro- og minikraft-varme sigter på effektiv decentral kraftvarmeproduktion direkte hos privateforbrugere, i større anlæg i etagebyggeri, på hospitaler etc. De vigtigste danskeaktører er Dantherm Power A/S, IRD A/S, Topsoe Fuel Cell A/S, SEAS-NVEa.m.b.a, TRE-FOR Entreprise A/S, SE og LOKE (Lolland Energi Holding A/S).En af de store fordele ved mikro- og minikraftvarme er, at anlæggene kan spillesammen med smart grid i balanceringen af lavspændingsnettet, hvilket vil re-ducere behovet for netudbygning. Brændselscellebaseret mikrokraftvarme erikke alene kommet i fokus i Danmark, men også internationalt. I dag findes derinternationalt tusindvis af mikrokraftvarmesystemer i praktisk anvendelse,specielt i Sydøstasien. I Danmark er markedet for brændselscellebaseret mikro-kraftvarme primært udskiftningsmarkedet for gasfyr, oliefyr eller biokedler.Disse anlæg findes der cirka 800.000 af, som brændselscelleanlæggene skalkonkurrere med andre forsyningsteknologier om at udskifte. Et stort eksport-potentiale kan forventes, efter at mikrokraftvarme er etableret på et danskhjemmemarked.På sigt vil mikrokraftvarmeanlæg anvende grønt produceret brint eller biogassom brændstof med meget lille eller ingen miljøbelastningen til følge. Udfor-dringen er gennem fortsat forskning, udvikling og demonstration at øge leve-tiden for celler og stakke. Derudover er udfordringen at nedbringe pris gennemproduktion af store stykantal.2)Persontranport:Inden for transportområdet har de førende bilproducenter siden1990’erne udviklet brintdrevne brændselscellebiler som et forureningsfritalternativ til benzin- og dielseldrevne biler. Teknologiske landvindinger hargjort, at brintbiler i dag har samme størrelse og komfort som konventionellebiler på benzin. I 2009 underskrev flere af de førende bilproducenter en erklæringom markedsintroduktion af brintdrevne brændselscellebiler fra 2015. Af sammeårsag er en masseproduktion af brændselscellebilen allerede under forberedelse.En europæisk analyse (Mc Kinsey & Company – 2010) har vurderet, at brint-biler kan udgøre mellem 25-50 % af bilparken i Europa i 2050, svarende til100-200 mio. biler.Produktionen af brint som brændstof kan ske ved store centrale elektrolyseanlægeller ved selve brinttankstationen. På sigt kan brændselscellebiler også levereelektricitet i kortere perioder til elnettet, hvis der udvikles en fordelagtig for-retningsmodel for bilejerne.

Foruden danske markedsmuligheder inden for leverance af komponenter tilbilproducenter er der også muligheder for at producere og levere brinttank-stationer. Danske aktører er blandt de førende i verden inden for udvikling afoptankningsinfrastruktur for brint. Derudover eksisterer der initiativer omkringopbygning af en alternativ infrastruktur med f.eks. metanol som brændstoffor ”on board” opladning af batteridrevne elbiler. H2 Logic A/S, Air Liquide,GreenHydrogen.dk, Hydrogen Link og Institut for Kemi ved Aarhus Universitetarbejder med brintbaserede brændselscelleanlæg i samarbejde med ledendebilproducenter såsom Toyota, Hyundai, Honda og Nissan. Serenergy A/S, DanishPower Systems Ltd., AAU og DTU Energikonvertering arbejder med metanol-baserede brændselscelleanlæg.Forsknings- og udviklingsbehovet forventes primært at være inden for kom-ponentudvikling og prisreduktion af anlæg ved forbedret systemintegration.Brændselscelleanlæg i persontransporten fører til bedre miljøforhold som resul-tat af effektiv energiomsætning og anvendelsen af grønt produceret brændstof.Inden forde nært forestående markederkan brændselsceller anvendes til erstatningfor benzin- og dieseldrevne generatorer. De nuværende generatorer støjer og for-urener, er tunge og udnytter brændslet dårligt. Forurenings- og støjfrie, brændsels-cellebaserede elgeneratorer, der anvender brint eller grønt syntetisk brændstof, erallerede på vej på markedet.Eksempler på såkaldte nichemarkeder, her inden for elgeneratorer, er anvendelseaf brændselsceller i nødstrømsanlæg, i campingvogne, på lystyachts, til fremdriftaf både og mindre fly, til sekundær strømforsyning i større fly, i trafikanlæg påmotorveje, i lysbøjer, i fyrtårne, i kølecontainere, som strømforsyning til størreskibe, til aircondition i lastbiler og meget andet. Nogle af disse markeder drivesbl.a. af miljømæssige lovkrav. For en række anvendelser er der villighed på markedettil at betale en relativ høj pris for et brændselscelleprodukt med de dertil hørendefordele. Partnerskabet forventer, at markedet for elgeneratorer vil vokse markantfrem mod 2025.Det tidlige brændselscellemarked til transport er domineret af køretøjer til interntransport, såsom gaffeltrucks og mindre køretøjer til servicebrug, f.eks. på kirke-gårde og i lufthavne. Køretøjer til intern transport anvender i dag batterier, flaskegaseller diesel. Brændselscellebaserede køretøjer kan hensigtsmæssigt anvendes desteder, hvor batterier ikke har tilstrækkelig kapacitet eller er for besværlige athåndtere, samt områder hvor anvendelse af flaskegas og diesel er forurenende,dyrt og ineffektivt. Ved at kombinere en brændselscelle med et genopladeligt batterikan batteriets driftstid forlænges. Der er igangsat demonstrationsprojekter både iDanmark og i udlandet med disse kombinationer. Både for brændselscellebaseredeelbiler og for køretøjer til intern transport forventes der en stadig stigende vækstde næste mange år.I øvrigt henvises til Partnerskabets understrategier og roadmaps, som er tilgænge-lige på Partnerskabets hjemmeside. Her er de fremtidige udviklingsbehov beskrevetsammen med fremtidige teknologiske og økonomiske mål. Blandt Partnerskabetsmedlemmer arbejder Dantherm Power A/S, IRD A/S, Serenergy A/S, DanishPower System Ltd., LeanEco A/S og H2 Logic A/S hermed.

Potentiale foreksport ogarbejdspladserElektrolyse-, brint- og brændselscelleteknologierne er i dag på et stadie, hvor dersker en accelererende produktintroduktion på nichemarkederne, med udsigt tilat yderligere nichemarkeder vil følge inden 2016. I konsekvens heraf er mangeproducenter i dag i stand til at give konkrete bud på markedsperspektiver for pro-dukterne.En introduktion på nichemarkeder er essentielt for brintteknologiområdet. Igennemnichemarkederne kan man få skabt et markedsgrundlag for elektrolyse-, brint- ogbrændselscellebaserede produkter, og der oparbejdes et industrielt kendskab til og enefterspørgsel på brændselscellebaserede produkter. Med en markedsintroduktionog efterfølgende opbygning af en omsætning etableres en serieproduktion medproduktionslinjer og automatisering, der efterfølgende kan resultere i prisreduk-tion. Udvikling og implementering af produkter til nichemarkeder er således etvigtigt fokusområde for branchen i de kommende år. Alle elementer, der under-støtter en markedsintroduktion på nichemarkeder, er væsentlige.Produkterne testes og markedsføres først lokalt eller nationalt, og på dette grund-lag etableres en markant stigning i afsætningen af disse produkter til udenlandskemarkeder. Danske aktører inden for brint- og brændselscelleområdet (DanthermPower A/S, IRD A/S, Topsoe Fuel Cell A/S, Serenergy A/S, GreenHydrogen.dk,Danish Power Systems Ltd., TRE-FOR Entreprise A/S, H2 Logic A/S og DTUEnergikonvertering) anslår, at det frem til 2025 er muligt at øge eksport og antalletaf arbejdspladser til det på figur 3 angivne niveau. Med et eksportpotentiale på opmod 23 mia. kr. i 2025 anslås det for muligt at skabe 12.500 arbejdspladser.

Figur 3 viser fremtidsudsigter som sum af danske industrielle aktører’s individuellebud.Omkring 2025 vil også større anlæg inden for elektrolyse- og brændselscellebase-ret kraftvarme være modne til at kunne indgå og spille en betydelig rolle i detfremtidige energisystem.Til sammenligning er der international set forskellige bud på den globale stigningaf beskæftigede inden for brint- og brændselscelleområdet.Fuel Cells 2000harsamstemmende med andre prognoser fra USA, Europa, Korea og Japan fremsatforventning om, at beskæftigelsen inden for produktionsvirksomhed vil øges fracirka 40.000 beskæftigede i dag til 700.000 beskæftigede på verdensplan inden forde kommende 10 år.En forudsætning for at skabe nye arbejdspladser og grøn vækst i Danmark er dog,at branchen får de rette rammebetingelser for at kunne bringe produkterne kon-kurrencedygtigt fra demonstration til markederne. En stor andel af de offentligemidler til energiteknologisk forskning, udvikling og demonstration er igennemen årrække givet til elektrolyse-, brint- og brændselscelleområdet. Disse offentligeinvesteringer i teknologierne har medført, at flere nicheprodukter allerede erintroduceret på markedet, mens flere er under udvikling eller afprøves i demon-stration.Samlet set forventes brintteknologier at bidrage væsentligt til de politiske målsæt-ninger om grøn vækst. Derved skabes konkrete og mærkbare effekter af de offentligemidler investeret i teknologiområdet. Danmark er i dag blandt de førende landeinden for forskning, udvikling og demonstration af brintteknologier – sammenmed USA, Canada, Tyskland, Korea og Japan.

Ressourcebehovog finansieringUdviklingen inden for brint- og brændselscelleområdet er i høj grad et resultat af,at private virksomheder i samarbejde med vidensinstitutioner investerer storesummer i energiteknologisk udvikling. Den offentlige støtte til energiteknologiskudvikling reducerer markant den økonomiske risiko hos de private investorer. Somdet er beskrevet i Brintstrategien fra 2005, vil der fortsat være behov for omfattendeoffentlig støtte til teknologiområdet frem til 2016 mhp. at muliggøre en tilfreds-stillende fokuseret og samtidig bred teknologisk udviklingsindsats. Efter 2016ophører behovet for offentlig støtte dog ikke: Der er et fortsat behov for støtte tilmere grundlæggende forskning inden for f.eks. materialer, komponenter og system-integration, mhp. at forbedre levetid og reducere pris. Der vil også fortsat værebehov for støtte til udvikling og demonstration, ikke mindst til etablering af storebrændselscelle – og elektrolyseanlæg. For at sikre kontinuitet i udviklings – ogdemonstrationsindsatsen og succes i fasen med markedsintroduktion af danskproducerede brintteknologiprodukter er følgende forhold vigtige:• tablering af offentligeinvesteringertil markedsmodning kan vise sig afgørende,Eidet stykprisen på produkterne efter demonstration ikke kan forventes at værekonkurrencedygtige. Udenlandske producenter modtager store beløb til markeds-modning, hvorfor danske virksomheder skal konkurrere mod unaturligt lavepriser i forhold til udviklingsstadiet. Det offentlige kan også have en vigtig rolleat spille som tidlig indkøber af ny teknologi.• et er vigtigt for elektrolyse-, brint- og brændselscelleaktørerne, at der etableres Dentilskudsordningfor produktion og anvendelse af brint som VE-gas til energi- ogtransportformål på linje med ordningen aftalt for biogas. En tilskudsordningkunne etableres via de analyser, som er omtalt i energiaftalen, med temaet:Hvordan opnås en grøn og bæredygtig energiforsyning baseret på vedvarendeenergi?En tilskudsordning for VE-gas, svarende til ordningen for biogas, vilkunne føre til etablering af elektrolyseanlæg i MW-størrelsen og en nationalopbygning af en brintinfrastruktur til transport vil kunne ske frem til 2025,hvorefter industrien forventes at kunne bære de fremtidige omkostninger.• amtidigt er det vigtigt at etablere en gradvisindfasning af registreringsafgiftenSpå brændselscellebiler fra 2015 og frem mod 2025, der følger den forventedeprisreduktion, så teknologien er konkurrencedygtig.• ndeligt er det vigtigt, at der etableres en værditilskrivning til brintteknologi-Eanlæg, som bidrager til at balancere elnettet.Offentligt fokus på disse forhold vil bidrage betydeligt til at løse de energipolitiskemålsætninger om fossil uafhængighed, og det vil føre elektrolyse-, brint- og brænd-selscelleprodukter ud på markedet med en stærk dansk konkurrenceevne til følge.

FremtidigorganiseringDen fremtidige organisering af Partnerskabet bør fortsat være med hovedvægt påat opretholde et solidt og effektivt offentligt-privat samarbejde. Teknologiudviklingenskal baseres på tæt offentligt-privat samarbejde for at identificere markedsmulig-heder og teste teknologierne nationalt, før de store eksportmarkeder angribes.Offentligt og privat ejerskab til nationale strategier og roadmaps er fortsat en vigtignational konkurrenceparameter. Fortsat offentlig støtte til energiteknologisk ud-vikling er afgørende for at de nært kommercielle markeder nås og for, at energi-systemets fremtidige efterspurgte konverteringsteknologier udvikles i tide.I takt med at et stigende antal brintteknologier kommercialiseres, vil branche-organisationsinteresser skulle tillægges større vægt i Partnerskabets virke. Interesse-fællesskabet blandt medlemmerne vil blive redefineret, og en konkurrencesituationvil etableres medlemmerne imellem. Med baggrund i erfaringer fra andre branche-foreninger, Vindmølle-industrien bl.a., vurderer Partnerskabet, at der fortsat vilvære et tydeligt behov for, at organisere sig som brancheforening, hvor de dyder,der er karakteriseret ved et offentligt-privat partnerskab, bibeholdes.Organisering af Partnerskabet skal sikre at rammerne for forskning, udvikling,demonstration og markedsmodning kontinuerligt forbedres. Evne til hurtig om-stilling skal fremmes, således at kvalificerede beslutninger kontinuerligt træffespå alle niveauer, og virksomhedsudvikling skal ske i netværk, der øger den globalekonkurrenceevne.Det er opfattelsen, at Partnerskabet i de kommende år fortsat bør organiseres somhidtil. Erfaringer fra Partnerskabets drift viser, at interessenter med interesse i atsamarbejde om teknologisk udvikling forbliver dedikerede medlemmer. Det ervigtigt for nye medlemmer at indgå i strategifølgegrupper for at udveksle erfaringer,opbygge netværk og kunne indgå i fælles drøftelser.Partnerskabet forventer, at tilgående medlemmer de kommende år bliver interes-senter, som dedikeret og specifikt arbejder med energiteknologisk udvikling indenfor brint- og brændselscelleområdet. Derudover forventer Partnerskabet, at nyemedlemmer vil udgøres af slutbrugerinteressenter og interessenter med stor økono-misk interesse inden for området. Komponentudviklere kan frem til det tidspunkt,hvor de store eksportmarkeder slår igennem, forventes at være tøvende over formedlemskab.

VE-gasser

Kaverne