Forstå de øvrige brintfarver ud over grøn

Med potentialet til at revolutionere sektorer som f.eks. transport og elproduktion er brint en kilde under udvikling, som stort set ikke er blevet brugt til energiudnyttelse. Forbrændingen af brint producerer ingen drivhusgasemissioner, og miljøpåvirkningen i løbet af dens livscyklus er et resultat af alle de processer, der fører frem til dens produktion og forbrug, som varierer utrolig meget alt efter, hvilke energikilder der bruges undervejs.

Disse variationer gav anledning til det farvekodede klassifikationssystem, der gør det muligt at skelne mellem de forskellige brintnuancer og deres konsekvenser for nettobæredygtighed. Grøn brint er den globale nettonulstandard, men dens skalerbarhed står over for nogle betydelige udfordringer i forhold til infrastruktur og effektivitet. Atomdrevet vandelektrolyse skaber lyserød brint og opretholder en kulstofneutral livscyklus, men dens afhængighed af atomkraft skaber andre bekymringer. Blå og turkise produktionsmetoder bevæger sig på grænsen mellem økonomisk levedygtighed og bæredygtighed. Sort, brun og grå brint er mere prisoverkommelig og derfor et omkostningseffektivt alternativ til de mere miljøvenlige løsninger.

Sort og brun brint stammer hovedsageligt fra kul, og begge produceres via kulforgasning, en flertrinsproces, hvor kul sættes i reaktion med ilt og damp ved høje temperaturer for at producere syntesegas. Dette er en blanding af gasser, hvoraf den ene er brint. 

Sort brint dannes gennem forbrænding af bituminøst kul, som er tæt og anses for at være af høj kvalitet. Brun brint produceres derimod af brunkul, som er en yngre og mindre kompakt version med et højere fugtindhold og lavere energitæthed. 

Med hensyn til miljøpåvirkning er sort og brun brintproduktion ret ens, og begge metoder er relativt effektive. Deres afhængighed af fossile brændstoffer uden CO₂-fangst kan dog udligne nogle af de bæredygtighedsfordele, der er forbundet med brintenergi.

Kulforgasning begynder med pulverisering og behandling af kul for at fjerne urenheder og derefter de følgende trin.

1. Tørring og pyrolyse (afgasning)

Dette indledende trin kræver opvarmning af kullet for at fjerne fugt og flygtige stoffer og for at adskille kullet i andre bestanddele og materialer. Tørring udføres ved omkring 200 °C efterfulgt af pyrolyse ved temperaturer mellem 300 °C og 700 °C. Under pyrolyse nedbrydes større kulmolekyler til mindre gasformige produkter – primært metan (CH₄), brint (H₂), kulilte (CO), kuldioxid (CO₂) – og tjære.

2. Forbrænding

En del af kullet (C) er trækul, den faste rest fra pyrolysen, og det reagerer med flygtige gasser og ilt (O₂) i en kontrolleret forbrændingsreaktion. Denne eksoterme reaktion giver den nødvendige varme til de efterfølgende forgasningsreaktioner. Der sker både fuldstændig og delvis forbrænding, og der dannes kuldioxid og kulilte.

C + O₂ → CO₂ (komplet forbrænding)
2C + O₂ → CO (delvis forbrænding)

3. Forgasningsreaktioner

Ved forgasning reagerer det resterende trækul med damp (H₂O) og ilt ved høje temperaturer på 1.200-1.500 °C i et reducerende miljø, hvorved der dannes brint og andre gasser. De primære forgasningsreaktioner er: 

Vand-gas-reaktion: C + H₂O ⇌ CO + H₂ (endotermisk)
Boudouard-reaktion: C + CO₂ ⇌ 2CO (endotermisk)   

Disse reaktioner producerer syntesegas, en blanding, der primært består af kulilte og brint sammen med kuldioxid og andre sporgasser.

4. Metanisering

I visse tilfælde anvendes et yderligere trin kaldet metanisering for at øge metanindholdet i syntesegassen. Undertiden kaldes dette e-metan, hvis der bruges grøn brint og genvundet CO₂ eller CO₂ fra direkte luftopsamling (Direct Air Capture (DAC)). Dette kræver, at kulilte reagerer med brint under tilstedeværelse af en katalysator:

CO + 3H₂ ⇌ CH₄ + H₂O (eksoterm)

5. Rensning og opgradering af syntesegas

Den rå syntesegas indeholder urenheder, der skal fjernes før brug. Denne rensning omfatter typisk:

• Fjernelse af støv, hvor man anvender fysiske separationsteknikker til at fjerne partikler. 
• Fjernelse af svovl, hvor forbindelser som svovlbrinte (H₂S) fjernes ved hjælp af aminskrubning eller tilsvarende processer. 
• Fjernelse af kuldioxid, hvor CO₂ opfanges og lagres eller anvendes i andre industrielle processer.

6. Separering og behandling af brint

Det sidste trin er at separere brinten fra den rensede syntesegasblanding. Dette kan opnås gennem forskellige metoder, hvoraf de to mest almindelige er:

• Tryksvingningsadsorption, der benytter adsorberende materialer til selektivt at opfange kulilte og efterlade renset brint. 
• Membranseparation, der benytter specialiserede membraner, som tillader brint at passere igennem, samtidig med at andre gasser holdes tilbage.

Grå brint er den mest almindelige type i industrien i dag, og den produceres enten via steamreforming af metan eller autotermisk reforming. Begge disse metoder kræver et kulbrintebaseret råmateriale primært bestående af metan, hvor naturgas er den hyppigst anvendte kilde.

Indvinding af naturgas og udvinding af brint

Naturgas er en lugtfri og farveløs gas, der primært findes under jordens overflade i nærheden af olieforekomster. Denne alsidige energikilde er dannet over millioner af år gennem nedbrydning af organisk materiale under intens varme og tryk og er en hjørnesten i det moderne samfund, hvor den bruges som brændsel i boliger, i industrien og til at producere elektricitet. Derudover indgår den som et råstof i flere forbindelser, der i sidste ende bliver til produkter som f.eks. kunststoffer, frostvæske, maling, emballagematerialer, shampoo, lotion og gødning.

Denne gas findes i porøse og gennemtrængelige klippeformationer kaldet reservoirer, hvor den ofte er fanget under lag af uigennemtrængelig klippe, der forhindrer den i at slippe ud. Disse reservoirer kan befinde sig under tørt land på land eller offshore under havbunden. Efterforskning efter naturgas kræver avancerede geologiske undersøgelser, seismiske billeder og prøveboringer for at finde frem til skjulte reserver. Når et potentielt reservoir er identificeret, begynder udvindingsprocessen, ofte med en kombination af teknologier, der er skræddersyet til de specifikke geologiske forhold.

Den mest almindelige udvindingsmetode indebærer, at der bores en brønd ned i reservoiret, hvilket skaber en kanal, gennem hvilken den indespærrede gas kan strømme op til overfladen. Denne strøm drives ofte af det naturlige tryk i selve reservoiret. Når gassen udvindes, falder trykket typisk, hvilket gør det nødvendigt at bruge kunstige løfteteknikker for at opretholde produktionen, f.eks. pumper eller kompressorer.

Når den udvundne naturgas er nået op til overfladen – ofte sammen med urenheder som vanddamp, sand og andre gasser – gennemgår den en række forarbejdningstrin. Disse trin er afgørende for at fjerne urenheder, adskille værdifulde komponenter og forarbejde selve gassen til brug. Den forarbejdede naturgas transporteres derefter via rørledninger eller i komprimeret (CNG) eller flydende (LNG) format med specialtankskibe til forbrugere over hele verden. 

Udbredelsen af grå brint skyldes primært den globale overflod af naturgas. Derudover er steamreforming af metan og autotermisk reforming mindre CO₂-intensive end kulforgasning, hvilket gør, at de foretrækkes frem for sort og brun brint. Blå brint tager steamreforming af metan og autotermisk reforming et skridt videre ved at inkorporere CO₂-fangst, -transport og -lagring, men dette kræver betydelige driftsomkostninger. 

Overgangen til systemer, der kun kører på vedvarende energi, er det ultimative mål i brintværdikæden, mens blanding af brint med naturgas i eksisterende kraftværker er en midlertidig løsning. Succes kræver højpræcisionsflowmåling og gasanalyseinstrumenter, der måler i realtid, for at sikre en ensartet gasblanding. Brint kan også blandes i naturgasforsyningen til boliger og erhverv i koncentrationer på op til 20 % afhængigt af landets regler.

Det reducerer emissioner, fordi brint brænder renere end naturgas. Mens husholdningsapparater kun kan brænde op til en 20-%-blanding af brint med naturgas, kan gasturbiner, der bruges i kraftværker, brænde en meget højere blanding, op til 100 % brint, med nyere modeller.

Blandingsmetoder muliggør en gradvis overgang til renere energikilder, uden at det kræver en øjeblikkelig og fuldstændig udskiftning af eksisterende infrastruktur, hvilket mindsker behovet for betydelige kapitalinvesteringer i nye kraftværker og rørledninger.

Denne strategis succes afhænger i høj grad af brintkilden. Mens blanding af grå, brun eller sort brint har begrænset miljøpåvirkning på grund af emissioner fra produktionen, sænker brugen af grøn brint produceret fra vedvarende kilder den samlede udledning af drivhusgasser betydeligt og understøtter nettonulmålene.

I takt med at brintenergirevolutionen udfolder sig, er det afgørende, at man forstår de forskellige typer – herunder produktionsmetoder og miljøpåvirkninger. Grøn brint er nettonulmålet, men brint med lavt CO₂-indhold samt sort, brun og grå brint er afgørende for at fremme infrastruktur, forskning og diversificering af energiforsyningen.

Når menneskeheden skal navigere i klimaforandringerne i de kommende årtier, vil det kræve brug af mange forskellige energikilder at sikre kontinuitet i strømforsyning og bæredygtighed. Selv om der stadig er mange forhindringer, der skal overvindes, er brint et lovende bud på en ren, alsidig og bæredygtig transportform.