Gigantiske hydrogenlagre under bakken kan sikre energiforsyningen
Vind og sol gir ujevn energiproduksjon. For å sikre stabil tilgang må vi lagre enorme mengder energi. NGI-forskere peker på grunnen under oss som en løsning.
Store underjordiske fjellrom kan spille en viktig rolle i fremtidens energisystemer, enten det handler om lagring av energi eller andre samfunnskritiske formål. ( Foto: NGI)
Det grønne skiftet krever mer enn bare produksjon av fornybar kraft. Fordi solen ikke alltid skinner og vinden varierer, oppstår et behov for å lagre energi til senere bruk. Hydrogen trekkes frem som en sentral løsning da gassen kan fungere som et energilager i stor skala.
– Hydrogen kan fungere som et stort batteri. Her snakker vi om terrawatt-timer, altså enorme mengder energi som kan utjevne behovet når vi trenger mer enn det sol og vind kan tilby, sier Bahman Bohloli, forsker ved Norges Geotekniske Institutt (NGI).
Sammen med kollega Tore Ingvald Bjørnarå arbeider han med å løse utfordringene knyttet til storskalalagring av hydrogen. Mens batterier egner seg best for korttidslagring, trenger industrien og samfunnet lagringskapasitet som kan vare over sesonger. Løsningen innebærer å flytte energien ned i geologiske formasjoner.
Produksjonsmetoden avgjør definisjonen
Hydrogen er en usynlig gass, men klassifiseres ofte med fargekoder, basert på hvordan den er produsert. Grønt hydrogen kommer fra fornybar energi, mens blått hydrogen er basert på naturgass kombinert med karbonfangst. Systemet er omfattende.
– Det er allerede mange fargevarianter, og sikkert rom for mange andre også. Vi har for eksempel rosa hydrogen hvis energien kommer fra atomkraft, og oransje hvis det er hydrogen gjennom naturlig produksjon, sier Bjørnarå.
Uavhengig av hvordan gassen fremstilles, skiller hydrogen seg vesentlig fra elektrisitet når det gjelder distribusjon.
– Elektrisitet kan man produsere etter behov. Hydrogen er et drivstoff som må produseres og så lagres, påpeker Bahman Bohloli.
Trenger enorme lagringsvolum
Behovet for lagringskapasitet er massivt. Det Norske Veritas (DNV) anslår at hydrogen vil dekke tre til fire prosent av verdens energibehov i 2050. Det krever infrastruktur som langt overgår hva tanker på overflaten kan håndtere.
– Hvis man ser på Europa, er det snakk om ca. [BB1] 20 millioner tonn hydrogen per år. Hvis man trenger 20 prosent av dette på lager, snakker vi om mellom 200 og 400 store kaverner, sier Bohloli.
En kaverne er et menneskeskapt hulrom under bakken. Internasjonalt er saltkaverner den vanligste metoden. Disse lages ved å pumpe vann ned i saltformasjoner for å løse opp saltet, slik at man står igjen med et tomt kammer.
– Kavernene kan bli enorme. Vi snakker Eiffeltårn-størrelse. De kan være flere hundre meter høye og ha en diameter på 50 til 100 meter, sier Bohloli.
Norske fjellhaller og materialtekniske krav
Siden Norge mangler de nødvendige saltforekomstene, er det fjellhaller eller porøse bergarter til havs som er de aktuelle lagringsplassene her til lands. Lagring av hydrogen byr imidlertid på spesifikke, tekniske utfordringer. Hydrogenatomer er svært små og kan trenge inn i materialene som brukes til selve oppbevaringen.
– Hydrogenet trenger inn i metallets struktur og svekker det innenfra, slik at stålet blir sprøtt og kan sprekke, forklarer Bjørnarå.
Infrastrukturen, inkludert rør og ventiler, må derfor dimensjoneres og vedlikeholdes for å tåle denne påkjenningen. NGI forsker også på såkalt kryogenisk lagring, der hydrogenet kjøles ned til flytende form for å redusere volumet.
– Da snakker vi om temperaturer nesten ned mot det absolutte nullpunkt, rundt minus 250 grader celsius. Vi kjenner ikke så godt til hvordan sement, stål og fjell oppfører seg ved så lave temperaturer, sier Bjørnarå.
Sikkerhet i dypet
Mange har minner fra kjemitimen på ungdomsskolen, når læreren fikk hydrogen til å reagere med oksygen i riktig blandingsforhold og satte en fyrstikk inntil: (knall)gassen eksploderte. Det er nettopp denne eksplosive cocktailen ingeniørene ønsker å designe seg bort fra når hydrogen skal lagres. Hydrogen er nemlig en svært brennbar gass når den kommer i kontakt med oksygen. Det er derfor underjordisk lagring vurderes som tryggere enn lagring på overflaten.
Skulle det oppstå en lekkasje fra et underjordisk anlegg, vil gassen søke oppover og ut i atmosfæren som en ren utblåsning, snarere enn å samle seg til en eksplosiv sky på bakkenivå. Erfaringer fra anlegg i Storbritannia og USA, som har driftet trygt siden 1970-tallet, bekrefter at risikoen er lav.
Selve uthentingen av gassen baserer seg på enkel fysikk.
– Tenk på kavernen som en gigantisk trykktank. Når vi pumper gass inn, bygger vi opp et enormt trykk. Når vi senere trenger energien, er det dette overtrykket som driver gassen ut igjen til overflaten, forklarer Bjørnarå.
Behovet for å hente gassen ut igjen vil variere. Det er her koblingen til industrien ligger. Mens batterier er utmerket for personbiler, kommer de til kort når tungtransport, skip og smelteverk trenger kraft. Men siden vindmøller og solceller ikke leverer jevnt, trenger vi et gigantisk batteri som kan porsjonere ut energi når naturen tar pause.
– Vi står midt i et energiskifte, der hydrogen vil spille en nøkkelrolle for å avkarbonisere tungindustrien. Vår jobb er å sørge for at de tekniske løsningene i grunnen er sikre nok til å bære samfunnets behov på overflaten, avslutter Bahman Bohloli.
Teksten over er basert på NGI-podcasten «Med blikket mot bakken» og episoden Kan lagring av hydrogen under bakken være fremtidens hydrogenlager?
Bahman Bohloli
Principal Researcher Energy Geomechanics and Geophysics bahman.bohloli@ngi.no+47 469 87 338
Tore Ingvald Bjørnarå
Head of Section Energy Geomechanics and Geophysics Energy Geomechanics and Geophysics tore.ingvald.bjornara@ngi.no+47 908 59 184