Grøn energi kan blive en mangelvare til de mange behov for power-to-X

Verden passerede for nyligt en milepæl i udbygningen af grøn energi. Sol- og vindkraft udgør nu over 10 pct. af den globale elproduktion.

Med massive prisfald på de to nøgleteknologier i den grønne omstilling går diskussionen ikke længere på, om sol og vind skal udgøre rygraden i vores energiforsyning, men om hvor hurtigt det kan ske.

Det er fantastisk nyt for klimaet, at vind og sol nu kan konkurrere med fossil elproduktion i langt størstedelen af verdens lande.

Elbiler og varmepumper kan smide olie og gas ud

I Danmark har særligt vindkraft bidraget til at reducere brugen af kraftværkerne, og de næste år forventes et boom i udbygningen af solceller. Med den succeshistorie i baghovedet er dansk energi- og klimapolitik præget af stor optimisme om, hvordan grøn strøm nu også kan løse problemerne uden for elsektoren.

Med elbiler og varmepumper kan vi smide olie og gas på porten ved at udfase forbrændingsmotorer og kedler i transport, bygninger og industri. Det kaldes direkte elektrificering og bør være det helt centrale værktøj og politiske fokus til at opnå størstedelen af de reduktioner, vi skal bruge i klimaindsatsen.

Da de eldrevne teknologier er godt tre gange så effektive som de gamle forbrændingsteknologier, opnår vi et betydeligt mindre energiforbrug og stor klimaeffekt med den grønne strøm her.

Energitab ved konvertering

Der er dog en række ting, vi ikke kan elektrificere direkte. Det gælder fx gødningsproduktion, der i dag tegner sig for godt én pct. af de globale CO2-udledninger.

Stålproduktion er ligeledes meget vanskeligt at elektrificere stålproduktion, der tegner sig for hele syv pct. af verdens udledninger.

Hertil kommer skibsfart og luftfart, der hver især tegner sig for to-tre pct. og hvor størstedelen af energiforbruget er på så lange ruter, at batterier på ingen måde kan levere den fornødne energi.

Disse behov skal dækkes med molekyler, der enten kan komme fra biomasse eller brint. Da verdens bæredygtige biomasseressource er begrænset, er der naturligt fokus på sidstnævnte.

Power-to-X skal løse alle energipolitiske problemer

Brint kan skabes ved at spalte vand ved elektrolyse, og med udgangspunkt i brint kan vi lave en række brændstoffer.

Fællesbetegnelsen for disse processer er power-to-X. Et begreb næsten ingen brugte for få år siden, men som pludselig står centralt i den danske debat.

Power-to-X er en schweizerkniv, der tilbyder sig som løsning på alle energipolitiske problemer, da vi med brug af strøm kan skabe flydende brændsler og kemikalier som brint, diesel, ammoniak og flybrændstof.

Schweizerkniven har desværre en ulempe: Den er meget ineffektiv.

I power-to-X tabes ca. halvdelen af energien ved konvertering af el til brændsler. Modsat går ca. halvdelen af energien tabt i konvertering fra brændsler til el i et kraftværk.

Derfor har vi indtil nu opnået store brændselsbesparelser ved at skrue op for vindkraften og ned for kraftværkerne. Den sidste del af den grønne omstilling bliver væsentligt mere krævende.

Den direkte elektrificering er som nævnt også langt mere effektiv: En elbil kan køre ca. seks km på én kWh strøm, mens en dieselbil blot kan køre én km på e-diesel lavet ud af én kWh grøn strøm.

Yderligere fornemmelse af skalaen kan fås ved at konstatere, at de ikoniske vindmøller på Middelgrunden i Øresund alene vil være i stand til løbende at forsyne en halv Airbus A320 med grønt flybrændstof.

Udfordringen er at skaffe nok grøn strøm

Den lave virkningsgrad er ikke nødvendigvis et problem, hvis bare vi har grøn strøm i overskud. Udfordringen er derfor at skaffe nok grøn strøm.

Selv om der i dag periodevist er lave elpriser og vindmøller, der bliver stoppet pga. overproduktion i Jylland, er vi i øjeblikket langt fra at have et stort overskud af grøn strøm.

Elprisen var det seneste vinterhalvår elprisen således under 50 øre pr. kWh blot 10 pct. af tiden. Med et elforbrug på 20 kWh pr. liter e-diesel svarer 50 øre pr. kWh til 10 kr. pr. liter. Hertil kommer øvrige omkostninger til produktion af brændstof – fx anlæg og personale.

Det sidste vinterhalvår har været specielt pga. høje gaspriser, men gasprisen burde ikke påvirke elprisen i de timer, hvor der er overskud med grøn strøm.

Elprisen viser altså, at der ikke er store mængder grøn strøm, vi på kort sigt kan anvende til power-to-X.

Behov for langt større grøn elproduktion

Vi er nødt til at bygge ny kapacitet. Concito har peget på, at der frem mod 2030 er brug for at udvide den grønne elproduktion i Danmark med op til 45 TWh (mia. kWh) ud over de 65 TWh, der var planlagt ved årsskiftet.

45 TWh svarer til ti store havvindmølleparker på størrelse med den kommende Thor havvindmøllepark. Danmarks elforbrug var 34 TWh i 2021.

Sammen med den øvrigt vedtagne udbygning af vind og sol, der skal fordoble den nuværende elproduktion, ser vi med de ekstra 45 TWh ind i, at Danmarks elproduktion skal mere end tredobles før 2030.

Det er en vanskelig opgave, men FNs klimapanels rapporter viser tydeligt, at behovet for hurtig handling er enormt.

Den store energiø i Nordsøen forventes først at stå færdig på den anden side af 2030, så den nye kapacitet skal opføres som klassiske havvindmølleparker med tilslutning til land.

Vindmøller og solceller producerer ujævnt, og derfor vil den massive udbygning af grøn strøm føre til, at der dele af tiden være mere grøn strøm, end vi kan anvende til direkte elektrificering.

Power-to-X vil her kunne spille en vigtig rolle i at aftage den grønne strøm, når vi ikke kan anvende den til mere værdiskabende formål.

Brug for realisme om power-to-X

Selv om Danmarks power-to-X strategi er ambitiøs, er der desværre langt fra nok grøn energi til at forsyne alle de power-to-X anvendelser, som vi kunne drømme om.

Der er derfor også brug for realisme om, hvor meget og hvor hurtigt power-to-X kan bidrage til at løse problemerne samt en forståelse af, hvilke anvendelser der giver den største og billigste klimaeffekt.

Anvendelsen kan groft prioriteres som følger: Til lands, til vands og i luften.

Til lands dækker de stationære anvendelser af grøn brint. Alene at erstatte det nuværende forbrug af fossil brint til gødningsproduktion og på raffinaderier vil globalt set kræve et elinput på 4.500 TWh.

Til sammenligning producerede alle verdens vindmøller og solceller tilsammen knap 2.850 TWh sidste år. Hertil kommer yderligere ca. 4.500 TWh til at lave grønt stål, hvor brint kan fortrænge de store mængder kul, der anvendes i dag, når jernmalm omdannes til stål.

Danmark kan levere grøn brint til den tyske stålindustri gennem en rørledning. Energinet undersøger, om det kan lykkes at etablere rørledningen før 2030.

Til vands dækker skibsfarten, hvor man håber at kunne få skibene til at sejle på ammoniak. Et brændstof der kan syntetiseres ved at kombinere kvælstof, der udgør 78 pct. af luften, med brint. En fuld omstilling her kræver ca. 5.000 TWh grøn strøm.

I luften er den dyreste kategori. Produktionen af grønt flybrændstof vil globalt kræve ca. 6.000 TWh og har med baggrund i Energistyrelsens analyser en omkostning på ca. 3.400 kr. pr. ton sparet CO₂ i 2030.

Det er over det dobbelte af de 1.500 kr. pr. ton som Klimarådet vurderede var omkostningen for det dyreste tiltag, der skulle i spil for at indfri 70 procentsmålet.

En vigtig undtagelse vedrørende flybrændstof er, at man ved tilsætning af begrænsede mængder brint på raffinaderierne kan producere flybrændstof, der soder mindre og dermed bidrager mindre til dannelse af kondensstriber, som også opvarmer planeten.

Ud over prisen er der en anden vigtig årsag til, at luftfart kommer sidst. De næste årtier er det vanskeligt at drive fly på andet end traditionelt kulstofholdigt flybrændstof.

I produktionen af power-to-X flybrændstof kommer kulstoffet fra CO₂. Det gør det også ved produktion af e-metanol, der er udfordreren til e-ammoniak som skibsbrændstof.

Ligesom grøn strøm er en begrænset ressource – i hvert fald på kort sigt – er også CO₂ fra koncentrerede kilder, som fx biogas- eller affaldsforbrændingsanlæg, en knap ressource.

Hvis vi kombinerer CO₂ og grøn strøm til at lave et kulstofholdigt brændstof, bruger vi de to knappe ressourcer sammen til at opnå reduktion én gang.

Smartere at anvende grøn strøm og CO₂ hver for sig

Bruger vi i stedet grøn strøm og CO₂ hver for sig til hhv. brint eller ammoniak og lagring af CO₂ i undergrunden, kan vi opnå den dobbelte effekt: Erstatning af et fossilt, CO₂-udledende brændstof med et ikke-udledende og samtidig reduktion af CO₂-koncentrationen i atmosfæren (se figur).

Det er vigtigt, da vi har brug for at reducere vores udledninger så hurtigt som muligt. Samtidig har vi brug for negative udledninger for at trække CO₂ ud af atmosfæren og dermed få temperaturen ned på et mere sikkert niveau.

En yderligere fordel ved at lagre CO₂ i undergrunden er, at det med en omkostning på ca. 1.000 kr. pr. ton ser ud til at være en del billigere end power-to-X

Elektrificering skal prioriteres

Med stærke aktører inden for shipping og luftfart og et fravær af kemisk industri og stålværker i Danmark har den danske debat primært kredset om forsyning af skibs- og luftfarten.

Fx eksemplificeret med statsministerens udmeldte ambition om, at dansk indenrigsluftfart skal være grøn i 2030.

Fælles for alle power-to-X-teknologier er dog, at de kræver billig og effektiv elektrolyse. Derfor vil en stor del af den teknologiudvikling, der opnås ved power-to-X til lands, også bidrage til at reducere omkostningerne til vands og i luften.

Mens opgaven kan synes uoverskuelig med de ovenstående gigantiske elforbrug in mente, er det værd at huske på, at udbygningen med sol- og vindkraft kan accelereres kraftigt de kommende årtier.

Ineffektiv teknologi erstattes med effektiv eldrift

Størstedelen af de reduktioner, der er brug for, kan vi derudover gennemføre uden brug af ineffektiv power-to-X. For direkte elektrificering arbejder tabene til vores fordel, da vi erstatter ineffektive teknologier med effektiv eldrift.

Således vil det ’blot’ kræve ca. 7.000 TWh at omstille hele vores bilpark, der udgør 12 pct. af vores samlede udledninger, til elbiler. Det skyldes, at klimaeffekten pr. kWh grøn strøm er flere gange større her end ved power-to-X.

I alle tilfælde er der brug for ekstremt meget grøn strøm. Det er i praksis umuligt at opføre for mange vindmøller og solceller. Mens vi bygger, skal vi fortsat fokusere på en effektiv anvendelse af energien, hvilket betyder, at vi bør prioritere reduceret drift af kraftværker og direkte elektrificering, hvor muligt.

Endelig bør vi undgå incitamenter, der presser markedet til at prioritere omvendt af, hvad økonomien tilsiger: til lands, til vands og i luften.