PEM-elektrolyse – EDF Sizewell

Kjernekraftverk vil satse på hydrogen i stor skala

Kjernekraftverk kan produsere store volum CO₂-fri hydrogen ved hjelp av elektrolyse-teknikk eller varme, og kan derfor bli en viktig brikke i den grønne omstillingen verden står overfor.

Det franske kjernekraftselskapet EDF har lansert planer om hydrogenproduksjon ved sitt anlegg Sizewell i Kent på sørøstkysten av England
Det franske kjernekraftselskapet EDF har lansert planer om hydrogenproduksjon ved sitt anlegg Sizewell i Kent på sørøstkysten av England (Foto: Andreas Walstad)

Kjernekraftverk kan produsere store volum CO₂-fri hydrogen ved hjelp av elektrolyse-teknikk eller varme, og kan derfor bli en viktig brikke i den grønne omstillingen verden står overfor.

  • energi

Diskusjonen rundt hydrogen har hovedsakelig vært fokusert på grønn hydrogen fra fornybar kraft eller blå hydrogen fra naturgass med karbonfangst. Men store internasjonale kraftselskaper som franske EDF og russiske Rosatom sier de nå vil satse stort på hydrogen produsert av kjernekraft. Dette kan for eksempel la seg gjøre ved hjelp av PEM-elektrolyse (Proton Exchange Membrane).

Kort fortalt betyr PEM-elektrolyse at elektriske strømninger ledes gjennom vann som fører til at hydrogen og oksygen separeres. Denne prosessen krever enorme mengder energi, noe som gjør at kjernekraftverk er godt egnet ettersom de produserer store og stabile volum med elektrisitet. PEM-elektrolyse teknologien er ikke ny; den ble utviklet allerede på 1960-tallet av General Electric. Men utfordringene med å finne alternativer til fossile brensler, ikke minst i transport og tungindustri, betyr at denne teknologien er veldig aktuell i dag. Alkalisk elektrolyse-teknikk er en annen moden teknologi som ved hjelp av vann og strøm separerer hydrogen og oksygen, og som også er egnet for kjernekraft.

Produserer varme

I tillegg til å produsere store mengder strøm har kjernekraftverk et annet fortrinn, nemlig at de også produserer store mengder varme. Dette kan for eksempel bidra til å effektivisere hydrogenproduksjonen. Ved hjelp av SOEL-elektrolyse (Solid Oxide) kan man bruke varme og damp fra kjernekraftverket til å høyne temperaturen og få ut mer hydrogen per enhet energi sammenlignet med standard elektrolyse med kaldt vann.

– Kjernekraft er den eneste energikilden med lave utslipp som kan produsere både varme og elektrisitet, forteller Lincoln Hill, som er leder for policy og external affairs ved Storbritannias Nuclear Industry Association (NIA).

­– Kjernekraftverk er termiske, akkurat som gass- og kullkraftverk, men uten karbonutslipp. Vi kan bruke overflødig varme til å effektivisere elektrolyse-teknikken.

Hill har invitert Teknisk Ukeblad til NIAs kontorer i Londons vanligvis så travle og sjarmerende Covent Garden. Han snakker ivrig om hvordan kjernekraft kan bli en sterk bidragsyter til å nå Englands mål om netto nullutslipp innen 2050 (Skottland har satt 2045 som eget mål). Ifølge NIA kan kjernekraft levere en tredjedel av alt rent hydrogen Storbritannia vil trenge innen 2050 for å nå klimamålene.

Mens eksisterende kraftverk kan produsere hydrogen ved hjelp av en kombinasjon av elektrolyse og varme kan den planlagte nye generasjonen av mindre og mobile Advanced Modular Reactors (AMRs) produsere hydrogen helt uten elektrolyse-teknikk.

– Hvis varmen er høy nok kan man skille vannet til hydrogen og oksygen uten å bruke elektrisitet, forteller Hill.

Den britiske regjeringen har bevilget 385 millioner pund (4,75 milliarder NOK) til utvikling av AMRs og Small Modular Reactors (SMRs). AMR og SMR er to begrep som brukes litt om hverandre, men det dreier seg hovedsakelig om mindre og mobile kjernekraftverk. Rolls-Royce er blant selskapene som leder an utviklingen av SMRs og den første reaktoren skal etter planen stå ferdig tidlig på 2030-tallet, omtrent samtidig med den første AMR-piloten.

– AMRs er en del av den nye generasjonen kjernekraftteknologi. De kan bruke varme til å skille vann og lage hydrogen ved å skape temperaturer over 700 grader celsius. Noen AMRs, med installert kapasitet på bare 10 MW, kan produsere hydrogen «on-site», for eksempel i industrielle områder, forteller Hill.

Lincoln Hill fra Storbritannias Nuclear Industry Association forteller ivrig om potensialet for hydrogen produsert av kjernekraft. Kjernekraft kan produsere både mye strøm og mye varme, forteller han. Men flere av landets atomkraftverk begynner å bli gamle, og investeringer i nye er ingen selvfølge. – Regjeringen må legge bedre finansieringsløsninger på bordet i løpet av 2021, sier Hill.
Lincoln Hill fra Storbritannias Nuclear Industry Association forteller ivrig om potensialet for hydrogen produsert av kjernekraft. Kjernekraft kan produsere både mye strøm og mye varme, forteller han. Men flere av landets atomkraftverk begynner å bli gamle, og investeringer i nye er ingen selvfølge. – Regjeringen må legge bedre finansieringsløsninger på bordet i løpet av 2021, sier Hill. Foto: Andreas Walstad

Store aktører

Franske EDF, et av verdens største kraftselskaper, som eier og bygger kjernekraftverk verden over, er blant de store aktørene som vil satse på hydrogen.

Statseide EDF bygger for tiden det eneste nye kjernekraftverket i Storbritannia, som er Hinkley Point C i Somerset. Hinkley C vil ha en strømkapasitet på rundt 3,2 GW og anlegget har en prislapp beregnet til 284 milliarder norske kroner. EDF sier de foreløpig ikke har planer om hydrogenproduksjon fra Hinkley Point C. Men selskapet har imidlertid lansert flere planer for hydrogenproduksjon fra det eksisterende kjernekraftverket Sizewell B i Suffolk og også fra det planlagte nye kraftverket, Sizewell C, som etter planen skal bygges rett ved siden av.

Sizewell B, hvis strømkapasitet er 1,2 GW, er for tiden Storbritannias eneste av typen Pressurised Water Reactor (PWR). Når det gjelder det nye Sizewell C-anlegget forventes en endelig investeringsbeslutning til neste år eller muligens i 2023. Sizewell C vil ha en kapasitet på 3,2 GW og en prislapp på rundt 20 milliarder pund (247 milliarder NOK). Det vil ta cirka 10 år å bygge anlegget.

Et av flere planlagte prosjekter for Sizewell B og Sizewell C går ut på å produsere hydrogen fra elektrisitet og varme ved hjelp av en gigantisk elektrolyse-installasjon på 1 GW. Dette prosjektet er en del av Freeport East som har støtte fra den britiske regjeringen og som er en av flere planlagte skattefrie soner. I tillegg til kjernekraft vil elektrolyse-installasjonen også forsynes med strøm fra havvind. Målet er at det skal produsere 145.000 tonn hydrogen i året som blant annet skal forsyne skipstrafikken i Harwich og Felixstowe.

Les også

Høye kostnader

Man kommer ikke utenom at kostnadene ved å produsere hydrogen fra kjernekraft er betydelige. Elektrolyse-baserte teknikker har for eksempel høyere produksjonskostnader sammenlignet med hydrogen fra gass med karbonfangst.

Det er ikke bare enkelt å finne sluttbrukere når prisene foreløpig ikke er konkurransedyktige. EDF har tidligere vurdert hydrogenproduksjon med elektrolyse fra Heysham kjernekraftverk i Lancashire. Gassen skulle etter planen brukes til veitransport og husvarming, men det ble rett og slett for dyrt for markedet. Hydrogen-to-Heysham-studiet fra 2019 estimerte at produksjonskostnadene ville bli på et sted mellom 83 og 106 NOK per kilogram. Til sammenligning kan blått hydrogen med karbonfangst produseres til rundt 2 euro per kilogram (20,92 NOK/kg) ifølge anslag fra IHS Markit.

Denne typen estimater forbindes med en god del usikkerhet, for eksempel vet man ikke hvordan strøm, gass og karbonpriser vil utvikle seg i fremtiden. Men uansett er det bred enighet om at elektrolyse-teknikk fremdeles er kostbart sammenlignet med alternativer.

– Det er bevist at kjernekraft kan produsere hydrogen. Spørsmålet er: Hvem vil kjøpe og hvem er sluttbrukerne?, sier Hill. Han tror høyere kvotepriser under EUs og Storbritannias karbonmarkeder – eller Emissions Trading Systems (ETS) – er en del av svaret. Kvoteprisene for CO₂-utslipp har skutt i været de siste årene og er nå på godt over 50 euro per tonn (523 NOK/tonn). Prisene er høye nok til at kullkraftverk stenges og investeringene i sol og vindkraft bare øker. Men de er ikke høye nok til å drive frem nye teknologier som miljøvennlig hydrogen.

– Effektiv prising av karbon vil bli viktig for å gjøre hydrogen produsert av kjernekraft konkurransedyktig med hydrogen fra gass. Dette er noe av det som holder tilbake investeringer, sier Hill.

Utenfor Sizewell B og det nedlagte Sizewell A i Suffolk treffer vi flere turgåere langs strandpromenaden. Flere av dem ser positivt på at et nytt kjempeanlegg - Sizewell C - med hydrogenløsninger muligens skal bygges. Hundeeierne Lynne og Gary som bor i nærheten, sier man fort blir vant til nye anlegg når de først er bygget. Men de gruer seg litt til byggetiden på rundt ti år som vil føre med seg mye bråk og støy. Lokalbefolkningen forteller også at Sizewell B bevoktes av politistyrker dag og natt på grunn av terrorfare.
Utenfor Sizewell B og det nedlagte Sizewell A i Suffolk treffer vi flere turgåere langs strandpromenaden. Flere av dem ser positivt på at et nytt kjempeanlegg - Sizewell C - med hydrogenløsninger muligens skal bygges. Hundeeierne Lynne og Gary som bor i nærheten, sier man fort blir vant til nye anlegg når de først er bygget. Men de gruer seg litt til byggetiden på rundt ti år som vil føre med seg mye bråk og støy. Lokalbefolkningen forteller også at Sizewell B bevoktes av politistyrker dag og natt på grunn av terrorfare. Foto: Andreas Walstad

Ny teknologi modnes

Men kostnadene for nyere teknologi vil falle ettersom den modnes, noe som også kan bidra til konkurransedyktighet. Et godt eksempel er havvind som er en teknologi mange hadde avskrevet for bare rundt ti år siden på grunn av høye kostnader. Prisene har falt massivt siden den gangen og havvindparker bygges nå verden over. Vil det samme skje med elektrolyse og hydrogen?

– Elektrolyse er fortsatt dyrt, men kostnadene faller og kapasiteten på installasjonene øker. Elektrolyse burde være i stand til å konkurrere med blått hydrogen på pris. Hvis Europa skal klare å produsere store volum med rimelig hydrogen, ja da vil man trenge kjernekraft, sier Andrei Goicea, som er policy director ved FORATOM, den europeiske interesseorganisasjonen for kjernekraft i Brussel.

– Kjernekraft kan bidra sterkt til hydrogen-omstillingen, fortsetter Goicea.

– Vi snakker om store, stabile volum av lavutslipps hydrogen. Fokuset nå er på elektrolyse som er en bevist teknologi selv om den ikke er kommersielt moden. På et senere tidspunkt kan hydrogen produsert av metangass ved hjelp av høye temperaturer også utvikles.

Les også

Russisk interesse

Det er ikke bare briter og franskmenn som vurderer å satse på hydrogen produsert av kjernekraft. For eksempel har Ungarn meldt sin interesse og planlegger hydrogenproduksjon fra kjernekraftverket Paks. Kraftverket er på 2 GW, men planen er at anlegget skal bygges ut med flere nye reaktorer. Og i USA snakker man om at hydrogenproduksjon kan holde gamle kjernekraftverk i live.

Ikke overraskende vil russerne også ha et ord med i laget. Det store russiske og internasjonale kraftselskapet Rosatom signerte i april en samarbeidsavtale med EDF som går ut på at selskapene skal utvikle teknologier innen hydrogen og kjernekraft. Det involverer både elektrolyse-teknikk og konvertering av metangass til hydrogen med CO₂-lagring.

Konkret vurderer Rosatom blant annet et pilotprosjekt i Murmansk-området hvor hydrogen kan produseres ved hjelp av elektrolyse-teknikk og strøm fra det omdiskuterte kjernekraftverket på Kolahalvøya. Videre har russerne ambisjoner om å eksportere hydrogen og ammoniakk til Japan og Sør-Korea hvor etterspørselen forventes å øke i fremtiden. Bil og buss, kraftverk, tungindustri, fly og skipsfart er potensielle sluttbrukere.  

Urenco og flere partnere vil levere U-batterier eller såkalte uranium-til-hydrogen "øyer" uten strømforsyning fra elnett. Disse installasjonene har en strømkapasitet på rundt 4 MW og trenger bare 1-2 leveranser av uranium per tiår. U-batteriet forsyner kraft og varme, og er egnet til hydrogenproduksjon. Det første U-batteriet kan stå klart i 2028.
Urenco og flere partnere vil levere U-batterier eller såkalte uranium-til-hydrogen "øyer" uten strømforsyning fra elnett. Disse installasjonene har en strømkapasitet på rundt 4 MW og trenger bare 1-2 leveranser av uranium per tiår. U-batteriet forsyner kraft og varme, og er egnet til hydrogenproduksjon. Det første U-batteriet kan stå klart i 2028. Illustrasjon: Urenco

Omdiskutert energikilde

Kjernekraft er en omdiskutert energikilde. For eksempel skal Tyskland stenge av sine siste reaktorer i løpet av 2022. Den beslutningen ble tatt etter Fukushima-ulykken i 2011. I Belgia, hvor nesten 50 % av strømforsyningen er fra kjernekraft, skal de siste reaktorene etter planen stenges ned i 2025. Også i Spania går det gradvis mot en avvikling av kjernekraft. Samtidig planlegger land som ikke har kjernekraft, blant annet Polen, å bygge nye anlegg.

Også i Storbritannia raser debatten om kjernekraftens rolle i energi-omstillingen. Flere anlegg begynner å bli gamle og skal gradvis stenges innen 2030. Nye investeringer er ingen selvfølge. Det planlagte 2,9 GW Wylfa kraftverket i Wales ble skrinlagt i fjor etter at japanske Hitachi trakk seg ut.

Hill sier regjeringen nå må fremme gode løsninger for finansiering av kjernekraft og at staten må være med på å dele risikoen med private aktører.

– Hvis ingen nye anlegg utenom Hinkley Point C bygges ut, vil kjernekraft-kapasiteten i Storbritannia halveres innen 2030 sammenlignet med i dag. Vi håper Sizewell C vil ta en endelig investeringsbeslutning neste år, men regjeringen må legge frem en finansieringsmodell i løpet av 2021, sier Hill.

Kjernekraftverket Sizewell B til venstre skal bygges ut med et nytt kraftverk, Sizewell C.
Kjernekraftverket Sizewell B til venstre skal bygges ut med et nytt kraftverk, Sizewell C. Illustrasjon: EDF

Artikkelen ble først publisert i Teknisk ukeblads månedsmagasin, 7/2021.

Les også

Kommentarer (23)

Kommentarer (23)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå