Elektrifisering: Forskere fra SINTEF og NTNU jobber med å utvikle teknologier og konsepter som skal gjøre olje- og gassindustrien mer energieffektiv og redusere utslippene fra produksjonen offshore. Arbeidet skjer i forskningssenteret Low Emission. Målet er å bidra til å redusere klimagassutslipp fra norsk olje- og gassindustri med 40 prosent innen 2030.
Et av temaene som ligger under forskernes luper er de mange gassturbinene som forsyner plattformer med elektrisitet.
– I dag brennes naturgass i gassturbiner for å lage strøm til å drifte plattformen. Dette er en veletablert teknologi med mange fordeler, blant annet lav investeringskostnad. Men gassturbinene offshore har lav virkningsgrad og står for 84 prosent av klimagassutslippene fra norsk sokkel. Det tilsvarer ca. 11.5 millioner tonn CO2, sier SINTEF-forsker Belma Talic.
Det er derfor mye snakk om å elektrifisere sokkelen, dvs. å trekke kabler fra land for å forsyne plattformen med ren energi produsert med vannkraft. Men, et annet alternativ som kan erstatte gassturbinene, eller brukes som et supplement, er brenselsceller.
Teknologien har eksistert i flere tiår, og brukes i dag i hydrogenbiler, trailere, og i romferger, for å nevne noe. Den er altså vel utprøvd og er i praksis et minikraftverk som omdanner hydrogen og oksygen fra lufta til elektrisk strøm, vann og varme gjennom en elektrokjemisk prosess.
– Mens en gassturbin på sokkelen vil gi oss en tredjedel av energien som finnes i naturgassen, kan en brenselcelle gi oss nesten to tredjedeler. I tillegg kan brenselsceller utnytte energien som finnes i drivstoffet hydrogen. Det er også mulig å produsere hydrogen lokalt med overskuddsstrøm fra offshore vindturbiner, sier forskerkollega Luis Colmenares-Rausseo i SINTEF.
To lovende konsepter
I prosjektet: “Fuel cells for zero emission heat and power” undersøker forskerne nå muligheten for å bruke brenselceller offshore.
Så langt er det to ulike konsepter som virker lovende for bruk offshore, ifølge Talic:
Den første er “Proton-Exchange Membrane Fuel Cell” (PEMFC), som er en brenselcelle som fungerer ved lave temperaturer (under 100 grader celsius) og krever ren hydrogen som brensel. Disse er relativt rimelige, og benyttes i dag blant annet i hydrogen-kjøretøy fra Toyota og Hundai.
Les også: På tide å børste støvet av hydrogenbil-satsingen?
Det andre brenselcelle-teknologien kalles “Solid Oxide Fuel Cell” (SOFC). Disse fungerer ved temperaturer over 500 grader, og er ikke like fleksible i forhold til ujevn energitilførsel fordi de trenger lenger tid på oppstart og nedstegning. Fordelen, derimot, er at denne teknologien ikke er avhengig av hydrogen som drivstoff, men kan operere også med andre drivstoff, som naturgass og ammoniakk.
Denne høytemperatur brenselcellen er ideell for faste brenselcelle-installasjoner som kombineres med varme og kraftproduksjon (DHP). Da kan virkningsgraden komme opp i hele 90 prosent. I tillegg kan denne typen brenselcelle kjøres reversibelt, og dermed produsere hydrogen ved elektrolyse når det er overskudd av kraft fra en vindturbin, ifølge forskerne.
Gir bedre energiutnyttelse
Det er mange fordeler med brenselceller som en del av kraftforsyningen på en plattform, forklarer Colmenares-Rausseo:
– For det første er brenselceller modulbasert teknologi og dermed kan størrelsen på systemet enkelt justeres etter hvor mye kraft det er behov for. De krever lite plass og kan derfor brukes på de fleste steder. For det andre responderer brenselceller raskt på endringer i “last” – altså mengden strøm den produserer. Dette gjør de velegnet til å balansere ujevn strømforsyning fra for eksempel offshore vindturbiner. Sist, men ikke minst har de høyere virkningsgrad enn gassturbiner.
I LowEmission jobbes det nå med med ulike undersøkelser av de to nevnte teknologiene. Målet er å finne ut hva som gir de optimale forholdene for å maksimere effektivitet og livsløp. I tillegg ser forskerne på mulighetene for å kombinere disse brenselcellene med gassturbiner.
- For PEMFC ser forskerne på hvordan levetiden til brenselscellen påvirkes av driftsbetingelser den vil bli utsatt for på en offshore plattform, spesielt det med variabel last og små urenheter i hydrogengassen.
- For SOFC ser forskerne på ytelsen til cellen og hvordan materialene påvirkes under reversibel bruk. Det betyr i praksis at man i perioder skifter mellom brenselcelle og elektrolyse modus , det vil si kraftproduksjon og hydrogenproduksjon.
- Les mer om elektrifisering av sokkelen i denne artikkelen.
