Det japanske hydrogenkappløpet

Drevet av ønsket om økt energisikkerhet og lavere klimagassutslipp, satser Japan stort på å gå foran som et verdensledende hydrogensamfunn fram mot Olympiske Leker i Tokyo i 2020.

Med den raskere utvikling i brenselcelleteknologien, har teknologien for alvor inntatt en viktig rolle på veien mot å dekarbonisere flere sentrale sektorer i Japan. For å oppnå visjonen om et nullutslippsamfunn og takle miljøutfordringer knyttet til klimaendringer, luftkvalitet og energisikkerhet, tok landet tidlig en ledende rolle på veien mot et land som bruker hydrogen som en sentral del av energibildet.

Øynasjonen har mangel på fossile energiressurser og importerer rundt 89% av olje, gass og kull for å dekke sin primære energiforsyning, ifølge Ministry of Economy, Trade and Industry (METI). Etter Fukushima-ulykken i 2011 ble flere Japans kjernekraftverk lagt ned, og resultatet ble at energiforsyningen i enda større grad måtte suppleres fra importert fossile brensler. Den sterke fossile importavhengigheten og den lave graden av selvforsyning av energi har ført til en usikker situasjon for nasjonens energisikkerhet – en situasjon landet nå ønsker å gjøre noe med.

Etterlengtet energisikkerhet
Siden innføringen av feed-in tariff-systemet for fornybar energi i 2012, har investeringer i fornybare energiløsninger økt raskt – særlig fikk utbredelsen av solceller et skikkelig løft. Landet har også ambisjoner om å utnytte potensialet i flytende offshore vind, til tross for utfordringer knyttet til dype havområder og vanskelige vindforhold utenfor den japanske kysten. Fornybar energi, inkludert tradisjonell vannkraft, utgjør imidlertid bare rundt 18% av landets samlede kraftproduksjon. Ambisjonen er en økning til 22-24% innen 2030 – et mål mange mener er lite ambisiøst.

Ønsket om å legge om sitt eksisterende energisystem har ført til at landet i økende grad har tatt i bruk innovative løsninger, og hydrogen er ansett som en essesiell del av planen for å bedre energisikkerheten og forhindre ytterligere klimaendringer.

Hydrogen gir nye muligheter
Hydrogen er en svært fleksibel energibærer som kan produseres fra lokale energikilder og effektivt omdannes til energiformer tilpasset ulike formål og bruksområder. Det kan produseres fra både fossile brensler og genereres som et biprodukt i flere ulike industrielle prosesser. Nøkkelen til et bærekraftig lavkarbonsamfunn ligger imidlertid i grønt hydrogen, som produseres fra blant annet elektrolyse drevet av fornybar energi som sol, vind og vannkraft. Grønt hydrogen har flere ettertraktede kvaliteter, blant annet at det etterlater ikke noe karbonfotavtrykk, har høy energitetthet og gir muligheter for ren langdistansetransport og kraftproduksjon.

Hydrogen kan produseres fra variabel fornybar energi som sol- og vindkraft, og gir lovende muligheter for langtidslagring.

Hydrogen gir også muligheter for lagring av variabel fornybar energi som sol og vind, og er av mange ansett som den mest lovende muligheten for karbonfri langtidslagring. På denne måten bidrar hydrogen til å etablere nye sammenhenger mellom energiforsyning og etterspørsel, og kan utvide fleksibiliteten til energisystemet og øke mulighetene for tilgang til off-grid energitjenester. Dermed kan Japans energisystem omformes og diversifiseres til en struktur som ikke avhenger av spesifikke energikilder, noe som fundamentalt vil endre landets behov for importert energi og sørge for en langt større grad av selvforsyning og økt energisikkerhet.

 

 

 

ENE-FARM-suksess

Bevis på ENE-FARM-suksessen kan observeres rundt omkring i nabolag i Tokyo.

I Japan er det et voksende marked for såkalte ENE-FARMs – hydrogendrevne brenselceller, eller energy farms, til hjemmet. Det regnes som det mest vellykkede kommersialiseringsprogrammet for brenselceller i verden, hvor hydrogen ekstraheres fra naturgass og produserer elektrisitet når den reagerer med oksygen i luften. I tillegg brukes overskuddsvarme fra reaksjonen til å produsere varmtvann, som gir systemet en energieffektivitet på 95%, en klar forbedring fra strømnettets effektivitet på 40%.

Det japanske hydrogeneventyret fikk sin spede begynnelse allerede i 1999, da Tokyo Gas og Panasonic fikk mottok støtte til et samarbeidsprosjekt innen brenselcelleteknologi. Som et resultat av dette, ble et stort demonstrasjonsprogram på 3,300 ENE-FARM-enheter startet i 2005, og den store suksessen førte til en kommersiell lansering av teknologien i 2009.

Statlige subsidiesystemer for å fremme kogenerasjonssystemer som ENE-FARM har tidligere vært høyt prioritert, og i 2016 fikk forbrukerne dekket omlag halvparten av kostnadene for hver enhet. Ifølge Tokyo Gas  sine hjemmesider har salget av brenselceller til boliger nærmest doblet seg år for år, og i 2017 var over 120,000 ENE-FARMs installert rundt omkring i landet. Det er ventet at antallet installerte enheter i Japan skal bikke 300,000 innen 2020.

Rene brenselceller
ENE-FARM-modellene blir stadig mindre, mer effektive og billigere. I 2011 åpnet Panasonic et R&D-senter for brenselceller i Tyskland, der de jobber med å utvikle brenselceller for det europeiske markedet – hvor den eksisterende infrastrukturen for gassdistribusjon er lagt til rette for en enkel integrering av slike brenselceller.

Panasonic er også godt i gang med å utvikle rene brenselceller som kan generere strøm direkte fra hydrogen i stedet for å bruke gass. Renere hydrogenteknologi kan p å sikt bidra til å frigjøre landet enda mer fra avhengigheten av fossil gassimport, samtidig som klimagassutslippene gar ned. Japanske selskaper utforsker nå mulighetene for å utvikle hydrigeninfrastrukturen i landet for å støtte den neste og mer bærekraftige generasjonen av ENE-FARMs.

Vil fremme spredningen av hydrogenbiler
For å bedre tilrettelegge for hydrogensamfunnet har METI utarbeidet et veikart for hydrogen som beskriver den forventede utviklingen fram mot 2040. Dette har vært viktig for å ha en felles visjon om hydrogenets rolle i framtiden – både som et middel for energilagring, men også for å øke forståelsen for utviklingen av framtidens bilsamfunn. Det er en stor felles enighet om at hydrogenbiler og elbiler skal sameksistere – ikke konkurrere.

 

Utbygging koster dyrt, og i dag finnes det rundt 100 slike fyllestasjoner for hydrogen i Japan. Til OL i 2020 skal det bygges ut minst 60 til.

Med ambisjoner om å akselerere markedsopptaket av hydrogenbiler, ble Japan H2 Mobility, eller JHyM, opprettet som et samarbeid mellom 11 bedrifter, deriblant Toyota, Nissan, Honda, Air Liquide Japan og Development Bank of Japan. Det overordnede målet er å fremme spredningen av hydrogenbiler, som sammen med vanlig elbiler vil være essensielt for å dekarbonisere transportsektoren.

JHyM skal jobbe tett opp mot den japanske regjeringen for å utvikle en distribusjonsstrategi, og planen er at JHyM skal fullføre planen innen det neste tiåret. Blant tiltakene har det vært sentralt å fremme distribusjonen av hydrogenstasjoner i hele Japan, med mål om å øke antallet hydrogenstasjoner fra 100 til 160 innen 2020. Samtidig er målet å øke antallet hydrogenbiler fra dagens 2000 til 40,000 på to år.

Drivere for hydrogenøkonomien

Dr. Seiichiro Kimura er seniorforsker ved Renewable Energy Institute (REI) i Tokyo, og spesialiserer seg på hydrogen-energisystemer og tekno-økonomiske analyser. Han estimerer at det vil gå lang tid før hydrogenforbruket i det japanske samfunnet blir betydelig høyt, og at dette trolig ikke vil skje før nærmere 2040.

Foto: Renewable Energy Institute.

– Jeg har tro på at hydrogenøkonomien vil bli en viktig del av det framtidige markedet og bidra til å fremme fornybar kraftproduksjon, men høye kostnader knyttet til å produsere hydrogen og drifte hydrogenstasjoner er viktige barrierer for utviklingen.

Dr. Kimura, har forsket på drivere som vil bidra til å akselerere denne utviklingen, mener at det er tre faktorer som vil spille en viktig rolle for at marketsopptaket av hydrogenbiler skal øke. – Utbygging av hydrogenstasjoner, øke bevisstheten rundt hydrogen blant folket og øke attraktiviteten til hydrogenbiler sammenlignet med andre biler vil være avgjørende for denne utviklingen.

Hydrogenmuseumet i Tokyo sprer kunnskap om hydrogen blant befolkningen.

Hydrogenbiler tilbyr flere fordeler som ikke kan oppnås med vanlige elbiler; blant annet vil faktorer som rekkevidde og tiden det tar for å fylle en hydrogentank bli suverene så snart et tilstrekkelig nettverk av fyllestasjoner kommer på plass.

I Tokyo finnes det også et hydrogenmuseum, hvor barn og voksne kan komme helt gratis for å lære mer om fordelene ved hydrogen. Gjennom spennende aktiviteter og interaktiv læring får befolkningen innsikt i hvordan det framtidige hydrogensamfunnet vil se ut, som et strategisk middel for å akselerere det grønne skiftet i Japan.

Hydrogenkappløp
I dag benyttes det hovedsakelig hydrogen produsert fra importerte fossile brensler, og den langsiktige planen er at landet skal benytte grønt hydrogen fra fornybare energikilder, produsert både innenlands og utenlands. Med den stadig økende etterspørselen ser Japan nå etter nye måter å skaffe hydrogen på, men å produsere grønt hydrogen kostnadseffektivt i Japan er foreløpig umulig.

– I Japan har vi nok fornybar energi til å dekke dette behovet, men dagens høye kostnader gjør dette vanskelig, ifølge Dr. Kimura.

Reuters har tidligere skrevet om hydrogenkappløpet som nå foregår mellom Norge og Australia – hvilket av landene kan supplere Japan med hydrogen for å tilrettelegge for overgangen til hydrogensamfunnet? Mens Australia kan tilby hydrogen produsert fra landets kullkraft, vil Norges vannkraftproduserte hydrogen gi Japan et nærmest karbonfritt og grønt alternativ.

Svein Grandum, spesialrådgiver på Innovasjon Norge sine kontorer i Japan, tror at Norge kan være en attraktiv partner for Japan i denne sammenheng.

Svein Grandum har tro på at norske selskaper kan bidra til det grønne hydrogenskiftet i Japan.

– Japan nå er i gang med å bygge ut en hydrogen-infrastruktur som gjør det mulig for norske leverandører å bidra til denne utviklingen i Japan. Vi kan sannsynligvis produsere kosteffektivt og i de mengdene Japan trenger. I tillegg er vi sett på som en stabil leverandør av hydrogen, og her kan store norske selskap derfor fungere som tilbydere.

Dr. Kimura tror også det finnes gode muligheter for utenlandske selskaper når det kommer til teknologiske løsninger, og trekker fram at dagens elektrolyseteknologi ikke er tilstrekkelig.
– Min oppfatning er at det ikke finnes noen japanske selskaper som har god nok elektrolyseteknologi. Flere selskaper jobber med å utvikle det, men foreløpig har de ikke nådd målene sine.

Hydrogendrevne Olympiske Leker
Japans hydrogen-eventyr har imidlertid bare så vidt begynt; Tokyo Metropolitan Government arbeider på spreng for å realisere hydrogensamfunnet til byen skal være vert for de Olympiske Leker i 2020, da dette vil være en utmerket mulighet for Japan å demonstrere sine framtidsrettede initiativer innen hydrogen for resten av verden. Skal man tro de japanske myndighetene, er planen at de olympiske landsbyene skal forsynes med strøm fra ENE-FARMs, og bussene som brukes til transport under lekene skal drives av hydrogen; målet er å ha over 100 hydrogenbusser på veiene til OL går av stabelen, selv om bare to slike busser frakter passasjerer rundt i Tokyos gater i dag.

Prislappen på dette prosjektet er imidlertid skyhøy, men Dr. Kimura trekker fram at kostnadene knyttet til hydrogendemonstrasjonen i forbindelse med OL til en viss grad har blitt ignorert. På denne måten vil Japan få en større mulighet til å vise at de er en pionérnasjon innen hydrogenteknologi.

– Ved å ignorere kostnadene dette enorme prosjektet medfører, kan noen sektorer – som offentlig hydrogentransport – ha muligheten til å utvikle seg til en lønnsom virksomhet etter lekene på grunn av kjøretøy og infrastruktur som bygges ut uten å ta økonomien i betraktning.

En av Tokyos to hydrogenbusser, men storsatsningen fram mot OL vil resultere i 100 slike busser på veiene til 2020.

 

Kritikerne snur
Mens de potensielle fordelene knyttet til miljø og energisikkerhet med hydrogen er lovende, er det stor risiko knyttet til hastigheten av markedsopptaket av hydrogenbiler og etterspørselen etter hydrogen. IEA anslår at 150 millioner hydrogenbiler vil komme på markedet fram mot 2050, og for hver av disse bilene vil utbygginskostnader knyttet til infrastruktur ligge på mellom 900 og 1900 dollar. Dette utgjør en stor barrière for infrastrukturinvesteringer, og bedre forståelse for forbrukernes preferanser vil – sammen med sikkerhet – være viktige forutsetninger for å forbedre markedspotensialet til hydrogenbiler.

Seniorforsker ved Renewable Energy Institute, Takuro Kobashi.

Seniorforsker Takuro Kobashi ved Renewable Energy Institute påpeker at selv om det lenge har vært en stor skepsis mot å etablere en hydrogenøkonomi i Japan, ser man nå at flere som tidligere har vært svært kritiske begynner å snu på grunn av at hydrogen stadig blir mer lønnsomt. – I tillegg ser vi at regjeringen er en stor pådriver for hydrogensatsingen i landet – de ser på det som en nøkkelteknologi for framtiden.