Fleksibel produktion af metanol til fremtidens tunge transport

Hvis subsidier tilbydes til fleksible løsninger for deres ”grid-balancering” funktion, kunne fleksible metanolproduktionsanlæg have de laveste priser for grøn metanol, og produktionsprisen for grøn metanol kommer i nærheden af markedsprisen for fossil metanol.
Brødtekst

Den grønne omstilling og dertilhørende reduktion i udledning af CO2 påvirker i høj grad transportsektoren, hvor forskellige løsninger må implementeres i fremtiden. Det forudses, at elbiler vil dominere sektoren for lette køretøjer, men elektriske batterier har en lav energitæthed, som begrænser deres brug i den tunge transport. 

Fokus på bæredygtigt flydende brændstof 

Derfor er flydende bæredygtige biobrændstoffer nødvendige til tunge langdistance transporter. De seneste år er interessen for grøn metanol og andre bæredygtige biobrændstoffer som f.eks. ammoniak (som vækker interesse i skibsfart) steget markant. Metanol er især et alsidigt kemikalie, som man kan bruge i benzinmotorer eller dieselmotorer, eller som byggesten for at danne mere komplekse brændstoffer som dimethyl ether (DME), benzin, eller jetbrændstof til flyvemaskiner.

Fordelen ved metanol er, at metanol er et CO2-neutralt brændstof, hvis den fremstilles af biomasse eller opsamlet CO2 (f.eks. fra et kraftværk med biomasse som råmateriale). Det betyder, at koncentrationen af CO2 i luften ikke øges ved forbrænding af grøn metanol. Det er muligt, fordi træer og halm, som er brugt som biomasse for at producere grøn metanol, vokser via fotosyntesen hvorved kuldioxid fra luften opsamles. Det resulterer i en afbalanceret løkke, hvor mængden CO2 i luften ikke stiger.

Metanol kan produceres af biomasse via enten (1) biogas fra anaerob fordøjelse som kan dampreformeres til syntesegas eller (2) syntesegas fra termisk forgasning af biomasse. Da biomasse er en begrænset ressource er det afgørende, at man bruger den klogt. Den første løsning er den mest modne, mens termisk forgasning typisk tilbyder højere konverteringsprocenter af kulstof til syntesegas. Til gengæld har forgasningsteknologien brug for udvikling og kommercialisering. Afhængig af den anvendte biomasseressource kan den ene eller den anden teknologi foretrækkes.

Kommercialisering er nødvendig 

Ved at tilføje elektrolytisk brint øges udbyttet af metanol ud fra den samme mængde biomasse (Power-to-X processen). Bæredygtig elektrolytisk brint fremstilles ud fra overskudselektricitet fra f.eks. vindmøller og solceller. Brint produceres ud fra elektrolyse af vand via f.eks. alkaliske elektrolyse celler (alkaline electrolysis cells, AEC’er) eller keramiske elektrolyse celler (solid oxide electrolysis cells, SOEC’er). Elektrolysen har dog et virkelig højt forbrug af elektricitet, og der er desuden ikke altid overskudselektricitet fra vedværende energikilder (Renewable Energy Sources, RES). Hvis elprisen er høj, bliver  fremstilling af denne type grøn brint utrolig dyr.

For at gøre forgasningsteknologi mere kommercielt levedygtig, er der brug for både lavere investeringsomkostninger og den højere udnyttelsesgrad, som brinten kan levere. Derfor bør fremstillingen af brint være fleksibel for at tilpasse sig bedst til varierende elektricitetspriser.

Vores forskningsprojekt, ”Efficienct Power 2 Gas” (EP2GAS), som er finansieret af Det Energiteknologiske Udviklings- og Demonstrationsprogram (EUDP), fokuserer på fleksible metanolproduktionsenheder baseret på forgasning af biomasse og SOEC’er. 

Fleksible systemer udtænktes for at være i stand til at virke i forskellige funktionsmåder – det vil sige både som elektrolyseenhed og som brændselscelle – sådan at driften kan tilpasses forskellige elektricitetspriser og dermed udvide tidsrummet for rentabel drift. På denne måde vil enhederne muliggøre anvendelsen af elektricitet, når denne er billig, eller når elektricitet er tilgængelig fra  RES, mens der produceres elektricitet, når elprisen er høj, eller når den produceres på back-up kraftværker ud fra fossile brændsler.

Fleksible metanolproduktionsenheder kan (1) producere metanol af biomasse og elektrolyse, (2) producere både metanol og elektricitet og (3) producere elektricitet. I forbindelse med forskningsprojektet analyserede vi også enkeltmåde metanolproduktionsanlæg, der kun kan producere metanol af biomasse og elektrolyse.

Både fleksible og enkeltmåde metanolproduktionsenheder garanterer høj kulstofkonvertering og effektivitet, når elektricitetsforbruget er højt på grund af elektrolyse (sag 1), men fleksible enheder foretrækkes, fordi de også muliggør gode præstationer, når systemet producerer elektricitet (sager 2 og 3). 

På den anden side er fleksible metanolproduktionsenheder mere komplekse, hvilket resulterer i højere investeringsomkostninger, som påvirker biometanolproduktionsprisen.  Derfor udførte vi en teknisk-økonomisk analyse for at undersøge biometanolproduktionspriser i forskellige scenarier kendetegnede ved forskellige elpriser i løbet af året. 

Grøn metanol skal gøres mere rentabel end fossil metanol

Den teknisk-økonomiske analyse viste, at metanolproduktionspriser typisk er lavere for de enkeltmåde produktionsenheder, som har lavere investeringsomkostninger. De beregnede priser for grøn metanol er altid højere end prisen for fossil metanol (typisk mere end det dobbelte), hvilket viser, at der er brug for enten nogle subsidier til grøn metanol eller indførelse af en form for straf for forbruget af fossil metanol. 

Til gengæld tilbyder de fleksible metanolproduktionsenheder en yderligere fordel til energisystemet, fordi de tilbyder ”grid-balancering” ved at bruge overskudelektricitet fra vedværende energi og ved at producere elektricitet, når RES som f.eks. vind og solenergi ikke er til rådighed. I så fald kunne fleksible produktionsanlæg erstatte elproduktionen fra back-up kraftværker, og det kan derved undgås at opføre disse back-up kraftværker.