TEMA 2: POWER2X Hvilken rolle spiller spildevand - i fremtidens energisystem?

Power-to-X (P2X) vil på dansk betyde 'strøm-til-noget’. Det beskriver, hvordan vedvarende energi kan omdannes til brint, så vi derved opnår mere klimavenlige brændstoffer. Her ses Tysklands største Power-to-X produktionsanlæg i Wunsiedel, som Siemens er i gang med at bygge.

Hvilken rolle spiller spildevand - i fremtidens energisystem?

En revolution! En gamechanger, et paradigmeskifte – kilderne til denne artikel er ikke i tvivl. Kommer Danmark for alvor i gang med at producere X af de enorme mængder sol og vindenergi, der er planer om, så bliver vi et pionerland på verdensplan. Med den grønne energi følger nemlig helt ny viden og teknologier, der skal være med til at revolutionere energisystemer og -net herhjemme og rundt om i verden. Spildevandsforsyninger kan spille en central rolle i udviklingen.

TEKST: ANNA KLITGAARD / FOTO: KRÜGER, SIEMENS, RAMBØLL OG ANNA KLITGAARD

Nye planer for P2X-anlæg popper op over hele Danmark, og når de starter op, vil enorme mængder brint og ilt blive produceret. Brinten kan anvendes direkte som brændstof (X), eller kan bruges i produktionen af for eksempel ammoniak, metan eller metanol. Således er brint det energibærende medie i P2Xproduktionen, mens ilten er et biprodukt, der ikke er energibærende. Om X’et står for det ene eller andet produkt, og om det fremstilles via et eller to trin, så kan renset spildevand få en helt central rolle i fremtidens energisystem.

Under pres

Politisk opmærksomhed på energi- og klimakrisen samt danske ambitioner for produktion af grøn energi skorter det ikke på. Geopolitisk har Ruslands invasion af Ukraine accelereret presset på bæredygtige, alternative energikilder, så branchen, der arbejder med vedvarende energi og P2X, bakkes op fra alle sider. Den presses også fra alle sider, fordi ønsket om at grundlægge vindmølleparker til vands og på land samt opsætte solceller er stort, og det samme er interessen for at udnytte den megen grønne energi med P2X-anlæg. I alt er der over 30 aktive projekter i hele landet, og det gør Danmark til absolut foregangsland på verdensplan, lyder det fra Tina Pauck Schou, der er Sales Director i Siemens A/S. - Udfordringen lige nu er tid – tid til udvikling og modning af teknologier.

Vi står i en helt enestående situation, for lige nu er der virkelig vilje til forandring, men infrastrukturen er ikke på plads endnu. Det er en enorm satsning af vores samfund. Det er en af de største revolutioner indenfor

Tina Pauck Schou er Sales Director i Siemens for Renewable Sales, som dækker produkter og applikationer til vindindustrien, solcelleparker, bølgeenergi og PtX-markedet. Hun er ansvarlig for Siemens arbejde med grøn energi og bæredygtighed for at fremme den grønne omstilling.

energitransmission, og vi har kun få år til at teste teknologierne og opskalere. Det sætter ingeniørerne og alle andre under pres, men heldigvis har vi en masse erfaring fra energisektoren og er langt fremme med konkrete Power-to-X-projekter hos Siemens. Senest er vi gået i gang med at bygge Tysklands største Power-to-Xproduktionsanlæg i Wunsiedel.

Spildevand kan få en central rolle

En ting er at opsætte de tusindvis af vindmøller til lands og vands samt solceller, men noget andet er at udnytte de mange gigawatt (GW) grøn energi, der produceres. I Danmark er regeringens mål ifølge Klima, Energi og Forsyningsministeriet 12,9 GW alene fra havvind i 2030, mens målet i Europa samme år er 60 GW1 . For at P2X-anlæg kan producere X, skal der bruges ekstremt meget strøm og ultrarent vand, forklarer Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard, der er Head of Innovation, Spildevand hos Krüger. - Regeringen har lavet en politisk aftale, der kræver i omegnen af 4 til 6 GW elektrolysekapacitet og 5 til 8 mio m3 vand om året. Til den efterfølgende køleproces forventer man, der skal bruges 30 mio m3 vand. Til elektrolysen skal vandet være ultrarent, men det behøver det ikke være til kølekapaci-

teten. Lige nu bruger vi i Danmark 400 mio m3 drikkevand om året, så det vand, vi skal bruge til at omsætte den grønne strøm til X, svarer altså næsten til 10% af vores nuværende indvinding – hvis der bruges grundvand. - I langt de fleste tilfælde vil man dog undgå at anvende grundvand til køling, og i stedet bruge vand fra andre, mere bæredygtige kilder - alt efter elektrolyseanlæggets placering og omgivelser.

Elektrolyseprocessen kræver som sagt ultrarent vand. Selv grundvand kan ikke bruges direkte, så lige meget om elektrolyseanlægget bruger grundvand, drikkevand, regnvand, havvand eller renset spildevand, så skal vandet renses grundigt først. Der er selvfølgelig forskel på, hvor meget energi, rensningen af vand kræver. For eksempel har Rambøll beregnet, at rensningen af grundvand til elektrolysevand vil kræve 0,004% af energiforbruget til produktionen af brint. Sammenlignet kræver rensningen af havvand 0,14% og renset spildevand 0,07%. Men når der nu kommer så meget grøn strøm, så er det ikke kun et spørgsmål om, hvilken renseproces, der er mindst energikrævende, lyder det fra Sylvie Braekevelt, der står bag beregningerne og er senior konsulent hos Rambøll. - Vi skal se på, hvad der er mest bæredygtigt lokalt. Hvilken slags vand er tilgængelig? Kan man få tilladelse til at bruge det? Hvor mange ressourcer

Sylvie Braekevelt er senior konsulent for Rambøll Vand. Hun arbejder med spildevandsrensning og vandrensning og har tidligere arbejdet hos en membranleverandør.

Hvad er P2X?

Power-2-X (P2X) vil på dansk betyde 'strøm-til-noget’. Det beskriver, hvordan vedvarende energi kan omdannes til brint, så vi derved opnår klimarigtige brændstoffer. Via en elektrolyseproces bliver vand spaltet til brint og ilt ved brug af grøn strøm fra vedvarende kilder, som for eksempel vindmøller eller solceller. Brinten kan direkte anvendes som brændstof i transportsektoren. Kilde: Brintbranchen

Hvorfor er P2X interessant?

”P2X laver grøn strøm om til en anden type brændstof eller sagt på en anden måde - et andet energibæremedie. Dette kan for eksempel være brint, men det kan også være metanol til flybrændstof eller ammoniak til skibe.” Krügers Head of Innovation, Spildevand Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard Kilde: Brintbranchen

Ultrarent vand

Der er forskellige krav til elektrolysevand, alt efter hvilken type elektrolyseteknologi, der bliver anvendt. En af de vigtigste parametre for elektrolysevand er, at der er krav om ekstrem lav ledningsevne. Hvor dansk postevand må ligge mellem 300 og 2500 µS/cm kræver alkalisk elektrolyse en ledningsevne i vandet på 5 µS/cm, solid oxide (SOEC) kræver 1 µS/cm, og PEMEC-krav kan ligge så lavt som 0,2 µS/cm.

Kilde: Sylvie Braekevelt, senior konsulent for Rambøll Vand

Ren teknologi

Vil du vide mere om P2X og fremtidens grønne energisystem, så lær mere med DRs korte, men meget informative miniserie Ren teknologi. Du finder den her: www.dr.dk/drtv/ serie/ren-teknologi_324279.

kræver det at få det transporteret til P2X? Er der kamp om vandet? Andre steder i verden kan det være, at havvand er den eneste mulighed.

Kollegaen Eva Ravn Nielsen, Chefrådgiver for Power-to-X, bakker op. For har man P2X offshore eller i kystnære områder, hvor der er lav befolkningstæthed og derfor ikke meget spildevand, så kan havvand være en god kilde. Alt slags vand kan stort set bruges. Det vigtigste er at finde lokale, bæredygtige løsninger til hvert enkelt P2Xanlæg, understreger hun.

Lige meget hvilken kilde til ultrarent vand et P2X-anlæg bruger, så producerer renseprocessen også spildevand, der skal renses, forklarer Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard. Så både som leverandør og aftager af spildevand samt eventuel aftager af ilt til beluftning, bliver forsyningerne en vigtig brik i fremtidens grønne energiproduktion.

Hvad kræver P2X af spildevandsforsyningerne?

Grunden til, at vandet skal være ultrarent, er, at alle urenheder er med til at skade elektrolyseanlægget. De får det til at blive mindre og mindre effektivt over tid, forklarer Sylvie Braekevelt, for alt det vand, der indgår i elektrolyseprocessen, omdannes. - Til at producere ét kilo brint skal vi bruge ca. ni kilo vand. Vandet forsvinder helt – i stedet får vi brint og ilt ud af processen. Alt vandet omdannes, så enhver urenhed vil blive tilbage i anlægget og beskadige det. Ultrarent vand skal have en meget lav ledningsevne, derfor må alle salte fjernes.

Bruges renset spildevand, kan vandet yderligere renses af forsyningen. Spildevandet skal forbehandles med forfiltrering til fjernelse af suspenderet stof. Herefter sendes vandet igennem et membrananlæg for at fjerne blandt andet opløste organiske stoffer og kvælstof. Derpå fjerner omvendt osmose de opløste mineraler, hvilket reducerer ledningsevnen. Yderligere rensning eller ”deionisering” kan ske med elektrodeionisering (EDI), der minder om ionbytning. Med EDI fjerner man endnu flere mineraler og salte, forklarer Sylvie Braekevelt. Det kan også ske ved mere traditionel ionbytning. Derudover behandles vandet med aktivt kul. Det aktive kul fjerner de meget små organiske forureninger, der stadig er tilbage i vandet. Ultrarent vand kommer i flere renhedsgrader – alt efter hvilken proces det skal bruges til (se boks side 29).

Behandlingen af spildevand kræver store investeringer for forsyningerne, og derfor kan det nogle steder betale sig at levere almindeligt renset spildevand til P2X-anlægget, så de selv kan rense det yderligere, mener Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard. - Som rådgiver er Krüger og Veolia en virksomhed, der indeholder specialister inden for drikkevand, spildevand og afløb. Derfor er vi godt klædt på til at rådgive forsyningerne. Ude omkring skal de være opmærksomme på at forhandle lange driftskontrakter, hvis de selv vil rense vandet, for der skal investeres i det her. Og det er lige meget hvilken vandkilde, der er tale om. I Kruger ser vi meget på bæredygtighedsaspektet, og der giver det god mening ikke at bruge dyrebart drikkevand.

Desuden, siger Mikkel Algren StokholmBjerregaard, kan brugen af renset spildevand til elektrolyse og køleprocesser betyde, at forsyningerne udleder mindre, hvilket vil mindske presset på recipienter over hele landet. Det kan også betyde, at flere forsyninger begynder at rense for mikroforureninger, da de alligevel skal til at investere i nye renseteknologier. - Vi skal gøre det her til en win-win situation. Kommunerne skal på banen og sikre forsyningerne ved at lave lange kontrakter på renset vand. De er de rigtige til at skabe muligheder og synergier for spildevandsforsyningerne, lyder det fra Mikkel Algren

Stokholm-Bjerregaard.

Ved at bruge renset spildevand til P2Xanlæggene, bliver spildevand i endnu højere grad en ressource. Og indtænker man sektorkobling tidligt i udviklingen, så for eksempel restvarme fra produktionen i P2X-anlæg kan bruges til at rense vandet, så er der virkelig store muligheder for Danmark og for

Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard er innovationschef for spildevand hos Krüger. Han er procesingeniør og Ph.D og har arbejdet med forskning og udvikling i mere end 10 år. Han er ansvarlig for Krügers innovationsportefølje indenfor spildevand.

Omvendt osmose

Filtrering Grundvand

Ultra rent vand Demineralisering Omvendt osmose

Omvendt osmose

Termisk afsaltning

Mekanisk rensning og fældning

Filtrering (& biologisk rensning)

Mekanisk rensning

Regn- og overfladevand

Spildevand

Havvand

Omvendt osmose Forbehandling Havvand

eksporten af knowhow og løsninger til resten af verden, siger Mikkel Algren Stokholm-Bjerregaard.

2030 er lige om hjørnet

Danmark har lige under otte år til at udvikle og modne teknologier, så vi kan blive det pionerland på grøn strøm og P2X-området, som mange i branchen drømmer om. Alle ved, at vi har travlt, men kan vi nå det til 2030? Ja, lyder det fra Tina Schou Pauck. - Det er en meget ambitiøs plan, regeringen har fremlagt. Men hvis jeg skal se frem til 2030 eller 2035, så ser jeg en konkurrencedygtig brintindustri i Danmark. Jeg tror ikke, vi har fuldt udviklede og modnede teknologier på alle områder, men vi er kommet langt.

Det kan være uforsvarligt at presse tingene igennem for hurtigt, for løsningerne skal testes og afprøves ordentligt, og det tager tid. Samtidig er det nødvendigt at udbygge vores infrastruktur, hvis vi skal lykkedes med de ambitiøse mål.

Tina Schou Pauck har aldrig tidligere set så mange ressourcer blive sat ind på at skabe et systemskifte indenfor energi. Derfor mener hun også - alle udfordringerne til trods - at det er muligt for Danmark at nå i mål med planen. - Den grønne brint, det er en gamechanger for industrien. Det er så stort et paradigmeskifte… det er en revolution. Alle sætter alle sejl ind på, at det skal lykkes – politikerne, virksomhederne og forskerne. Se bare

Mærsk. De går ud og siger, at de vil sejle på grøn brændstof om få år. Det er jo for vildt. Lige nu er attituden, at vi VIL finde løsninger, og det er det, jeg ser som revolutionen eller gamechangeren og grunden til, at det her nok skal lykkes.

Ifølge Eva Ravn-Nielsen har vi ikke råd til ikke at nå i mål. - Vi SKAL væk fra fossil forsyning af varme og energi, og alternativet

SKAL være bæredygtigt. Det er meget voldsom omstilling af vores samfund og energisystemet, og de kendte løsninger, som vi brugte i går, kan vi ikke bruge i fremtiden. Det bliver dyrt, men vi er nødt til det. Der er meget store omkostninger ved ikke at handle nu. Politikerne er heldigvis vågnet op i Danmark og EU, og i USA rører de på sig.

Eva Ravn Nielsen ser særligt produktionskapaciteten som kritisk. Der er flaskehalse, som skal afhjælpes, for det hjælper ikke, siger hun, at elektrolyseanlæggene er klar, hvis der ikke er grøn strøm til dem.

Andre udfordringer frem mod 2030 er at få styr på det store energitab, der sker i forbindelse med produktionen af grøn brint og andre X’er. Infrastrukturen til at transportere grøn strøm fra vindmøller og solceller og helt ud til forbrugerne – om de er virksomheder eller private – skal også udbygges. Endelig, siger Tina Schou Pauck, er det vigtigt for virksomheder som Siemens at følge markedets efterspørgsel på produkter til det nye energisystem. Lige nu er kundernes ønsker temmelig udefinerede, fordi alt er så nyt, og det gør det vanskeligt for leverandørerne at forudsige behovet fremadrettet.

For forsyningerne er spørgsmålet, om de kan og vil være leverandører af ultrarent vand? Har de råd til at være med i den grønne energirevolution, eller råd til at lade være?

Eva Ravn Nielsen er P2X ekspert. Hun sidder i Rambølls energidivision og står for mange red flag-analyser.

Fra O2 til O3 – er PX2 svaret?

X i P2X-anlæg står blandt andet for ilt eller O2. Som flere forsyninger oplever behovet for at rense spildevandet for miljøfremmede stoffer, er det relevant at se på, om P2X kan give spildevandsbranchen adgang til billig ozon eller O3.

TEKST: ANNA KLITGAARD

Ozon bruges flere steder i Danmark og udlandet til at fjerne miljøfremmede stoffer i spildevandet. Ozon er tre ilt-molekyler, og det kan relativt nemt produceres fra O2 – der består af to iltmolekyler, forklarer Thomas Bugge, der er salgschef hos SUEZ. - Indtil videre er det ikke noget, der er afprøvet i storskala herhjemme. Men det er meget aktuelt og relativt billigt. Det kræver en ozongenerator, der er et elektrisk apparat, der laver ilt om til ozon. Selve omdannelsen fra O2 til O3 er ikke energitung, men det koster selvfølgelig lidt. Hvis EU som forventet indfører et krav om rensning for mikroforureninger, så vil det være en investering, der kan betale sig. Jeg forventer også, at mange forsyninger vil tænke ozonbehandling ind på nye renseanlæg, der er koblet op på P2X-anlæg.

For at gøre produktionen attraktiv klimamæssigt er det vigtigt at producere ilten tæt på stedet, hvor det skal bruges. Lige nu ”koster” transporten af det i CO2-regnskabet, men kan man producere ilt lokalt fremover, så vinder miljøet både ved det ekstra rensede spildevand, renseanlæggene kan lede ud, og den mindre transport i forbindelse med leveringen af ozon, slutter Thomas Bugge.