Stabilitet. Forudsigelighed. Det er to af de vigtigste krav til enhver energikilde, som skal danne fundament for et moderne, højteknologisk samfund. Disse to krav bliver mødt af fossile brændstoffer, atomkraft, vandkraft og jordvarmekraft. De bliver ikke mødt af solceller og vindmøller.

Jeg vil i denne serie af indlæg beskrive mulighederne ved atomkraft, og hvorfor der ikke er nogen vej uden om det. Tidligere afsnit i serien:

Fremtiden tilhører atomkraft – Del 1: Vind er varm luft

I dette indlæg vil jeg beskrive, hvordan miljøvenligt brændstof kan produceres ved hjælp af atomkraft på en sådan måde, at det gør atomkraft drastisk mere effektivt. Dette skyldes nemlig at størstedelen af den brugte energi er restvarme, som ellers vil skulle afkøles i de store, dampende køletårne vi kender.

Effektiv og miljøvenlig brintproduktion

Produktionen af syntetisk brændstof starter altid med brint. Brint danner energirige forbindelser med kulstof, som vi kender fra naturgas eller CH4. Brint er ikke god som en egentlig energikilde, da den er ekstrem reaktiv, har meget lav energitæthed og konstant lækker ud af ellers meget tætte beholdere. Brintbiler har derfor alle dage været ønsketænkning.

Til industriel brug er der 3 primære måder at producere brint:

  1. Dampomdannelse af methan. Den mest anvendte i dag. Producerer relativt billigt brint ud fra methan. I praksis anvendes naturgas, da biogas er for dyrt. Hvis biogas anvendes, så er det praktisk taget CO2-neutralt, hvis dampkilden også er CO2-neutral, men det er urealistisk at producere nok biogas til at dække behovet for brændstof.
  2. Elektrolyse af saltholdigt vand. Ikke særligt anvendt, da det er en meget ineffektiv proces. Det har længe været en drøm, at overskydende strøm fra solceller og vindmøller, men det bliver aldrig rigtigt til noget. Det er ikke realistisk at have store, investeringstunge industrielle anlæg til kun at køre mindre end halvdelen af tiden.
  3. Termokemisk produktion af brint gennem en lukket kemisk cyklus, hvoraf en af de mest udforskede er svovl-jod cyklussen. Disse cyklusser er varmeforbrugende, hvor svovl og jod kontinuerligt genbruges til at frigøre brint og oxygen fra vand. Det eneste processen bruger er vand og varme.

Dampomdannelse af methan producerer i dag brint til en pris på omkring $1,4 per kg, hvor det anslås at termokemisk produktion af brint ved hjælp af varmen fra atomkraftværker kan producere brint til en pris omkring mellem $1,5 og $2 per kg, svarende til en pris på maks cirka 10 kr per kg brint.

Den pris husker vi på, mens vi udforsker anvendelsen af CO2 fra luften.

Atmosfærisk CO2: Overraskende billigt

I sommeren 2018 udgav en gruppe forskere i USA en artikel omkring et pilotprojekt, som skulle optage CO2 fra atmosfæren, opkoncentrere det og bruge det til at fremstille brændstof med. Før dette havde CO2 optagelse fra atmosfæren, også kendt som DAC eller “Direct Air Capture”, været regnet som dyrt og urealistisk. Det lykkedes for dem at producere CO2 fra atmosfæren med en hidtil uhørt lav pris, og udviklingen er nærmest kun lige begyndt.

Deres design, som var designet til at være billigt at bygge og derfor ikke nødvendigvis pris-effektivt i stor skala, kan fange CO2 med en pris til en pris mellem $93 og $232 per ton CO2, hvor finansieringsomkostninger udgør en særlig stor byrde. Designet er ikke bygget til at skulle bruge restvarme fra et atomkraftværk, men bruger i stedet el og naturgas. Anvendelse af restvarme fra atomkraft vil kunne minimere forbruget af el og naturgas betydeligt.

Men det kan blive endnu bedre.

I efteråret samme år udgav forskere ved Oak Ridge National Laboratory en artikel omkring anvendelse af organiske materiale til at binde og frigive CO2 ved væsentligt lavere energi. Til deres smalskala projekt kunne de anvende solvarme til at frigøre CO2, men til industriel skala vil det være mere egnet at bruge restvarme fra kraftværker, hvor atomkraft udgør den åbenlyse kilde til restvarme. Overskydende restvarme fra brintproduktion kan bruges til at frigøre CO2.

Den proces har flere fordele over for den mere traditionelle. Den er mere energieffektiv og så bruger den ikke stærkt kaustiske opløsninger, som ved nedbrud vil kunne undslippe til atmosfæren.

Dimethyl ether, et syntetisk brændstof

Vi har brint og vi har kuldioxid. Nu kan vi lave vores syntetiske brændstof, dimethyl ether. Første skridt er at reagere brint og kuldioxid for at få methanol, som vi derefter kondensere til dimethyl ether. Den kemiske reaktion for dannelsen af methanol er som følger

CO2 + 3H2 ⇒ CH3OH + H2O

Dernæst dehydreres methanol til dimethyl ether

2CH3OH ⇒ CH3OCH3 + H2O

Dimethyl ether vil med meget få modifikationer til motorer og tankstationer kunne erstatte diesel, hvor den primære gevinst vil være en et fravær af partikeludledning og ingen netto-CO2 udledning. En ulempe vil være at dimethyl ether har cirka halvt så meget energi per kg som diesel, men motorer designet til at køre på dimethyl ether har bedre brændstoføkonomi, da dimethyl ether har en meget højere cetanværdi og der skal ikke bruges så meget energi på at efterbehandle udstødningen.

I forhold til miljøet har dimethyl ether også mange fordele. Udenfor tanken er det en gas, hvilket betyder at det fordamper hurtigt. Det er ligesom diesel ikke brændfarligt ved udslip, men er i modsætning til diesel ikke giftigt. Det udleder ingen SOx og det er nemmere at fjerne NOx fra forbrændingsmotorer der kører på dimethyl ether.

Volvo betragter også dimethyl ether som den bedste vej frem.

En overgang til dimethyl ether vil ske i 3 skridt, hvor de to sidste af dem vil være delvist sideløbende

  1. Direkte udskiftning af diesel med dimethyl ether.
  2. Forbrændingsmotorer designet til at forbrænde dimethyl ether, giver bedre brændstoføkonomi.
  3. Brændselsceller, som bruger dimethyl ether til at producere el. Højest mulige brændstoføkonomi, fjerner problemet med NOx gasser fuldstændigt.

I det sidste stadie, så vil vores biler effektivt være elbiler, men de vil ikke skulle slæbe rundt på tunge og ineffektive batterier, som også udgør en relativ stor fare i trafikken ved sammenstød. Derudover vil dimethyl ether kunne anvendes til lastbiler, hvor batterier ikke er realistiske.

En Ford Focus 1.5 dieselbil kan i dag køre 21,3-21,7 km per liter og har ligesom de fleste andre dieselbiler en effektivitet omkring 35%. Med en 40 liters tank kan den i dag køre op til 868 km per tank. En direkte udskiftning til dimethyl ether vil reducere det til cirka halvdelen, eller 434 km per tank.

Udskiftes bilen med en bil med en brændselscelle, som har en effektivitet på cirka 60-70%, så vil du med en 40 liters tank kunne køre lige så langt som med traditionel diesel. En bil, som har alle fordelene ved en elbil, men ingen af ulemperne.

Prisen

Vi tager udgangspunkt i worst case priserne og best case priserne ved de nuværende kendte priser. Særligt prisen for kulstof vil falde drastisk.

Vi skal bruge 12,096 kg brint og 88,018 kg CO2 til at lave 46,029 kg dimethyl ether.

Worst case pris for brint er cirka 10 kr per kg, worst case prise for kuldioxid er cirka 1,5 kr per kg. Det giver en kg pris for dimethyl ethyl på 5,49 kr i råvareomkostninger. Selv med kapitalomkostninger og lignende inkluderet, så kommer prisen ikke meget højere end 10 kr per liter. Dimethylether har en densitet på 0,735 kg per liter under let tryk, hvilket giver en liter pris på 7,35 kr per liter.

Ved best case priserne for både brint og kuldioxid, med de førnævnte teknologier, vil råvareprisen for et kg dimethyl ether være 2,90 kr per kg. Læg dertil cirka 5 kr per kg til andre omkostninger, som med worst case eksemplet, og vi ender på en kg pris på 7,9 og 5,8 kr per liter. Dette bekræftes også af Carbon Engineering, en amerikansk virksomhed som arbejder med at producere blandt andet dimethyl ether.

Sammenligner du med at købe diesel fra Shell i dag, så ville det koste 5,77 kr per liter uden afgifter og moms.

I beregninger er der taget udgangspunkt i dimethyl ether produceret ud fra indfanget CO2. Anvender man biomateriale, og her kan praktisk taget ALT brændbart biologisk materiale bruges til at frigøre CO2, så vil prisen være endnu lavere. Det er bare ikke sikkert, at vi kan få biologisk materiale nok til at forsyne os, hvorfor det at det er økonomisk at producere ud fra atmosfærisk CO2 er meget vigtigt.

Hvad venter vi på?

Responses

Skriv et svar

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.