Bildet øverst: Jordvarme: Geotermisk energi kan være flott, for da kan elektro-generatorer drives av damp skapt i klodens indre, som her på Island. Og strømmen kan da skille ut hydrogen fra sjøvann. (Foto Nesjavellir kraftstasjon)
Solen er en kule av brennende hydrogen. Mange snakker om gassen (H2) som verdens frelse, og om utslippsfrie hydrogenbiler som går gratis gjennom bomringer. I dag mangler vi bilmodeller – og fyllestasjoner.
Av Stein Bekkevold
H2 er utvilsomt et flott drivstoff som bare frigjør en masse energi – i form av varme eller elektrisitet – og slipper ut rent vann – du kan drikke vannet fra eksosrøret. Men hvordan skaffe gassen? Uten voldsomme utslipp?
Først
Hva er hydrogen? Det er det enkleste av alle grunnstoffer: Atomet inneholder ett eneste elektron og de opererer to og to – som H2. Stoffet er en blanding av tre atomtyper, isotoper: protium, deuterium og tritium. Deuterium har ett nøytron i atomkjernen og tritium har to, i tillegg til et proton. Protium og deuterium er stabile, mens tritium er ustabilt og radioaktivt.
Solen
Den største brukeren av hydrogen i vårt solsystem er solen selv, som hvert sekund forbrenner millioner av tonn og lager helium og mineraler/metaller av gassen, samtidig som den sørger for alt liv på vår klode. Inntil videre.
Hydrogen er det vanligste grunnstoffet i universet, grunnlaget for det hele. Uten hydrogen – niks univers. I solkjernen er det 15 millioner grader celsius. Fotoner, lyspartikler som dannes i fusjons-prosessen, bruker opptil 170 tusen år på å reise fra kjernen gjennom alle de mange sonene i Solen, og ut til overflaten. Derfra bruker de bare åtte minutter til oss.
Blir vann
Hydrogen en fargeløs gass uten lukt og smak. Gassen leder varme bedre enn noen annen gass; fem ganger bedre enn luft. Den er uløselig i vann. Hydrogen brenner med luft og gir en svakt blåaktig, lysende, svært varm flamme. Den kjemiske reaksjonen – om du lurer – gir rent vann: H2 + ½O2 → H2O.
Brukt i en energicelle – brenselcelle – vil hydrogen sammen med oksygen frigjøre elektrisitet og vann. Så langt er det hele flott, og smaker av science fiction. Men utfordringen er å skaffe stoffet, som havet er fullt av – vann er jo H2O …
Hydrogen: Solen inneholder nesten bare hydrogen og forbrenner enorme mengder hvert minutt. En drøm er å drive all forbrenning på jorden med den samme gassen, men det er langt fram. Arkivfoto NASA
Av metan
Hydrogen kan skaffes på flere måter. Alle krever energi. I laboratoriet vil sink som reagerer med syre slippe ut H2 og litt annet. I Norge nevnes muligheten for å bruke naturgass (metan, CH4) og trekke ut H2 – og lagre det som dannes av CO2 i olje- og gassformasjoner under Nordsjøen.
Eller stoffet kan skaffes industrielt ved elektrolyse av vann (spalting av H2O). Dette krever elektrisitet som gir utslipp – om du ikke har ren vannkraft. Eller energi fra sol og vind. Dette mener mange er den grønne fremtiden. Enda en (dum) teknisk metode er å la vanndamp reagere med glødende koks og få ut karbonmonoksid (kullos) og hydrogen. Gassen kalles syntesegass og CO kan oksidere videre sammen med mer vanndamp over en katalysator og (dessverre) få ut klimagassen CO2 – og enda mer H2.
Men å slippe ut en klimagass er jo tull. Ved utvinning av koks fra kull får vi en gass med mer enn 50 prosent hydrogen. Og dessverre karbondioksid CO2. I mengder.
Enda en måte er jo å bruke geotermisk energi som koker vann som så driver dampturbiner som i sin tur driver generatorer, som lager strøm. Metoden brukes på Island som har varme kilder i sine vulkanske områder. Hos oss må vi bore ned i grunnen, på 3.000 meters dyp eller mer er det så varmt at vann koker. Boreteknikk har vi, det som mangler er investeringsvilje.
H2 i bil
Hydrogen som skal brukes i kjøretøy må bindes til noe eller trykksettes – av plasshensyn; en ballong med gass ville bli enorm. Trykksetting krever en solid tank i kjøretøyet og den kan bygges lett og sterk av karbonfiber/epoksyplast.
Et alternativ er å fryse gassen til minus 253 grader da den blir flytende, dette krever enda mer energi. Derfor har man diskutert å lagre hydrogen som metall-hydrid. Mengden kan da bli høyere. Så dette har fått økende interesse.
Det mest lovende har vært å binde hydrogen til nikkelspon sammen med kadmium, men det krever mye energi å frigjøre gassen. Enda smartere er nok å binde H2 til magnesium, som bare veier 1,8 kg/dm3. Uansett: En hydrogenbil er en elbil – med brenselcelle for å lade batteriene.
Hydrogen nå
Petroleum (naturgass og olje) er viktig råstoff. Hydrogen-holdige gasser som metan CH4, etan C2H6, og propan C3H8, gir relativt greit fra seg H2. Men: Biproduktet er karbonmonoksid (CO) – som behandles med vanndamp.
En annen metode omdanner petroleum (naturgass og olje) til hydrogen og karbonmonoksid ved ufullstendig forbrenning med oksygen, med biprodukt det giftige karbonmonoksidet (kullos). Som du kan selge eller i stor skala omdanne til CO2 – og håpe at Norge og andre land snart lykkes med rimelig, storskala fangst og sikker lagring. Det kan gå om prisen på CO2 settes skyhøyt over dagens. Da blir det festlig for alle som har bil med forbrenningsmotor.
Og så er det verd å merke seg at Equinor mandag 15.02.21 sa at de nå ser på muligheten for å bygge en rørledning fra Norge til kontinentet, nettopp for å være der når etterspørselen av H2 tar av. Og det er godt nytt for gamle Norge.
Knallgass?
Hydrogen kan være farlig fordi H2 og oksygen blir knallgass ved romtemperatur, men bare over en katalysator (platina eller palladium). Men: Over 550 grader C reagerer gassene uten katalysator. Ved antenning er reaksjonen svært rask og blir ekstremt eksplosiv.
Smellen er særlig voldsom om blandingen er to deler H2 og en del O, altså i samme forhold som vann (H2O). Også andre blandingsforhold er eksplosive; 4,1 volumprosent hydrogen i luft kan gi eksplosjon. Elektrisk kortslutning i en fyllestasjon gir smell og brann, det har vi sett allerede …
Bundet
Hydrogen er på vår klode kjemisk bundet, mest som vann – som inneholder 11,2 vektprosent. H2 er også bundet i petroleum, og i proteiner, karbohydrater, fett og alkoholer. I gjennomsnitt er nesten hvert syvende atom i jordskorpen hydrogen.
I Solen og universet er hydrogen som nevnt helt dominerende. Rundt 57 prosent av Solens masse er H2 mens 40 prosent er helium og tre prosent er tyngre grunnstoffer. I universet er ca. 90 prosent av alle atomer hydrogen. Med andre ord: Et flott, universelt grunnstoff – som er krevende å utvinne og lagre i kjøretøy. Dessverre.
Og ikke har noen funnet det lurt å investere i et nettverk av fyllestasjoner heller – til tross for at Norsk Hydrogenforum jobber og sliter. Så vi får se.
Les også: At bilen er av stjernestøv, visste du kanskje ikke?
