Astrofysiker skal lage verdens største hydrogenlager i metallhydrid

Onsdag 22. mai fikk Kongsberg kommune, hvor Hallvard Benum er ansatt som energi-ingeniør, klarsignal til å sette det spenstige hydrogenprosjektet ut i livet.

I korte trekk går det ut på at overskuddsenergi fra et nytt solcelleanlegg på Vestsiden ungdomsskole skal brukes til å produsere hydrogen, som igjen skal omdannes til lys og varme på skolen om vinteren.

Den endelige risikoanalysen fra Lloyds Register viser at prosjektet er godt innenfor alle sikkerhetsgrenser for anlegg i sårbare områder, slik de er definert av Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB).

Nye Vestsiden ungdomsskole bygges som et plusshus. Skolen skal altså ikke bare være selvforsynt med energi, energiregnskapet skal gå i pluss. Energien vil de få fra bergvarme og 1300 solcellepaneler, som kommer til å dekke 2000 kvadratmeter av skoletaket.

Målet er angivelig å bringe oss et steg nærmere nullutslippssamfunnet.

– Hvis vi lykkes med dette pilotprosjektet, vil hele verden kunne dra nytte av det. Kan du fysikk, er det ingen grenser for hva du kan få til, sier Hallvard Benum opprømt.

Benum er utdannet bygningsingeniør, men har i tillegg en bachelor i astrofysikk. Da selskapet Norsk enøk og energi ble tildelt prisen European Energy Service Award i 2015, var det Benum som ledet prosjektene de fikk prisen for: 300 energibesparende tiltak i 36 forskjellige bygninger i Kongsberg-området.

Romtemperatur

På nye Vestsiden ungdomsskole er han ansvarlig for prosjektet med hydrogenlagring av solenergi. En elektrolysør skal spalte vann til hydrogen og oksygen ved hjelp av energi fra solcellene, og en brenselcelle skal deretter produsere energi av det frigjorte hydrogenet. Akkurat som i en hydrogendrevet lastebil eller ferge. Benum er ikke den første som prøver seg på dette. Tidligere forsøk har vist at fremstilling og omdanning av hydrogen på denne måten er dyrt, arealkrevende og ineffektivt.

– Hva er det som får deg til å tro at løsningen dere er kommet fram til, kan ha livets rett?

– Metallhydridet vi skal benytte til å lagre hydrogenet i, har en gitterstruktur som binder hydrogenatomer hver for seg. Det blir mye mer kompakt enn andre løsninger. Faktisk så mye som 20 prosent mer kompakt enn flytende hydrogen, sier Benum.

Han forklarer at metallhydridet de skal benytte, er et pulver bestående av metall-legeringer som gjør at de slipper å bruke verken høyt trykk eller høy temperatur i prosessen.

– Alt kan foregå i romtemperatur og under trykk på bare 10 til 20 bar, sier han.

Det er firmaet Hystorsys, som er tilknyttet forskningsmiljøet på Kjeller, som har utviklet metallhydridet.

Lagringskapasiteten til pilotanlegget vil begrense seg til 5,6 MWt eller 168 kilo hydrogen.

– Med vår lille elektrolysør vil det ta noen tusen timer å fylle opp lageret. Det skal vi fint klare i løpet av sommerhalvåret, sier Benum.

Utnytter spillvarmen

Solcellenes oppgave i hydrogenprosjektet er egentlig bare å skaffe gratis, fornybar energi til elektrolysøren, som krever en viss effekt for å spalte vannatomene. Solcelleanlegget på Vestsiden vil ha en wattpeak på 300 kW og skal produsere mellom 260 og 280 MWt i året. Utfordringen for såkalte plusshus har vært å finne en velegnet metode for lagring av overskuddsenergien fra sommeren.

Problemet med eksisterende batteriløsninger er at de har for lav energitetthet, mener Benum.

– Du kan lagre over 70 ganger mer energi i hydrogen i metallhydrid enn i et batteri på samme størrelse. En batteriløsning er dessuten over dobbelt så dyr som dette eksperimentelle pilotprosjektet for samme mengde lagret energi, forklarer han.

Han vedgår at batterier har langt høyere virkningsgrad enn hydrogenlagring i metallhydrid. Det går mer energi til spille i produksjon og gjenbruk av hydrogen enn ved lagring i batteri.

– Men når vi tar vare på all varmen i prosessene, får vi en ganske god virkningsgrad likevel. Dette er enkelt å gjøre i et bygg som hele året trenger varme enten til oppvarming av bygg, vann eller lading av energibrønner, presiserer han.

Gammel teknologi

Benum hevder at all teknologien de bruker i prosjektet, har eksistert lenge, og at det er deres sammensetning av nye, oppdaterte komponenter som vil gjøre anlegget effektivt.

– Teknologien bak elektrolysøren, for eksempel, er den samme som Norsk Hydro brukte på 60-tallet, påpeker han.

Nærmere bestemt skal Kongsberg kommunal eiendom bruke en liten elektrolysør på 20 kW fra amerikanske Proton Onsite, et selskap som har spesialisert seg på små elektrolysører, og som nylig ble kjøpt opp av norske Nel.

Et annet datterselskap av Nel, norske Hyon, skal levere utstyrspakken til prosjektet, blant annet en brenselcelle fra svenske Powercell, også den med en effekt på 20 kW. I denne skal hydrogen og oksygen fusjoneres til vann og gi energi som kan nyttiggjøres på Vestsiden ungdomsskole vinterstid.

Hallvard Benum sier han har fått god hjelp av Oslo-firmaet Citek i prosjekteringen av anlegget.

Ny verdensrekord

Pilotanlegget er ikke større enn at det får plass i en konteiner på tre ganger ti meter. Hvis prosjektet viser seg vellykket, er planen å bygge det ut slik at det kan bli økonomisk lønnsomt og reelt energibesparende.

– Ideelt sett skal vi kunne stole så mye på egen energiforsyning at vi kan kutte forbindelsen til strøm- og nettselskapene, erklærer Benum.

– Vi vil uansett få verdens største lager av hydrogen i metallhydrid, fastslår han, og peker på at de tyske ubåtene som leder dette løpet i dag, bare kan lagre 1 MWt hydrogenenergi i metallhydrid.

– Vi regner med å være klare til å starte med hydrogenlagring ved juletider. Neste sommer skal systemet være i full drift, lover han.

Brukes i undervisningen

I forsøksperioden skal algoritmene justeres slik at virkningsgraden blir størst mulig. Her skal også elevene ved skolen trekkes inn. Alle data fra anlegget vil være tilgjengelig for skolen til undervisningsbruk, og en skjerm på skolen vil vise sanntidsdata om hva som skjer i anlegget.

– Vi driver også et forskningsprosjekt sammen med Universitetet i Sørøst-Norge om et optimaliseringssystem for mikrogridet vårt. Her skal vi også lage en digital tvilling av anlegget som masterstudenter og forskere skal kunne bruke til å simulere ulike scenarier, sier Benum.

– Hva er de største fallgruvene for prosjektet?

– Som første mann ut er det selvfølgelig alltid en fare for at noe ikke virker som det skal, men alle simuleringer og beregninger tilsier at dette skal fungere. Det kan selvfølgelig også hende at driften ikke blir så effektiv som vi håper, og at anlegget ikke blir veldig økonomisk. Men det er jo heller ikke derfor vi bygger det. Det er for å bane vei for ny teknologi, og da er det flott at kommunen kan gå foran slik at det blir lettere for næringslivet å satse siden, sier Benum.

Enkelt å bygge ut

Av en total investering på cirka 15 millioner kroner for energiprosjektet, har eiendomsseksjonen i Kongsberg kommune mottatt 7,4 millioner i tilskudd fra Enova. Vestsiden ungdomsskole har også fått fem millioner i støtte fra Klimasats, Miljødirektoratets tilskuddsordning for klimatiltak i kommunene. Dette beløpet er imidlertid rettet mot bruken av massivtre og bærekraftige materialer i skolebygget, ikke til hydrogenprosjektet.

– Med dagens strømpriser vil det ta flere tiår å nedbetale investeringen. Jeg tror imidlertid kraftprisene kommer til å stige. Dessuten er planen å oppskalere anlegget. Siden systemet er modulbasert, er det ingen sak å bygge det ut. Målet vårt er jo å vise at dette fungerer i stor skala, sier Hallvard Benum.