Brian Vad Mathiesen, Aalborg University, January 30, 2020, Landstingssalen, Christiansborg

1. Høring om Power-to-X,
Folketingets Klima-, Energi- og Forsyningsudvalg
Brian Vad Mathiesen, Aalborg Universitet,
30. Januar 2020, Landstingssalen, Christiansborg
@BrianVad
VEJEN TIL STORSKALA PRODUKTION AF POWER-TO-X OG
FLYDENDE EL I ET BÆREDYGTIGT ENERGISYSTEM

2. Hvorfor er Danmark den perfekte test-bed?
Snart mere end 50 procent vindmøllestrøm i elsystemet
Kan forbindes med fjernvarmeproduktion og dele af gassystemet
Ambitiøse politiske mål for 2030 og 2050
Vi har forskning i alle tre elektrolysetyper
Vi har virksomheder indenfor mange delkomponenter til Power 2 X og
electrofuels
• Ideelt til test of afprøvning af storskala power 2 X / electrofuels
• First mover på identifikation af problemer og muligheder, teknologi
og markedsdesign = beskæftigelse og virksomheder -
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
Primær energiforsyning, PJ
Olie Naturgas Kul og koks Affald, fossilt Biomasse Vindmøller Solenergi Varmepumper

3. 3
Biomasse
Solceller
Vindmøller
33 + 150 + 1040 PJ ~200 PJ 23 PJ >20 PJ >20 PJ
Geotermi
Udvalgte danske VE Potentialer
Nuværende Primærenergiforbrug
Solvarme

4. Energilagring
Pump Hydro Storage
175 €/kWh
(Source: Electricity Energy Storage
Technology Options: A White
Paper Primer on Applications,
Costs, and Benefits. Electric Power
Research Institute, 2010)
Natural Gas Underground Storage
0.05 €/kWh
(Source: Current State Of and Issues
Concerning Underground Natural
Gas Storage. Federal Energy
Regulatory Commission, 2004)
Oil Tank
0.02 €/kWh
(Source: Dahl KH, Oil
tanking Copenhagen A/S,
2013: Oil Storage Tank.
2013)
Thermal Storage
1-4 €/kWh
(Source: Danish Technology
Catalogue, 2012)

5. Teknologi Estimat på merinvesteringer frem
mod 2050 i et ud af mange 100% VE
scenarioer i milliarder kroner
1 Boligrenovering 220
2 Vindmøller 210
3 Individuelle varmepumper 110
4 Fjernvarmeudvidelse 41
5 Electrofuel produktion 33
6 Solceller 20
7 Individuel solvarme 20
8 Biogas anlæg 20
9 Ladestationer 16
10 Store varmepumper i fjernvarmen 15
Top 10 investeringer mod 100%
vedvarende energi i 2050

6. Transport, vedvarende energi og biomasse
Vækst i transporten i fremtiden (men lavere vækst end hidtil)
Omlægning til kollektiv transport og direkte el
Indirekte el i elbiler
Electrofuels (gas og flydende) til den tunge transport
Matematikken og fysikken giver at biodiesel, bioethanol og biogas kan kun
dække nichebehov i transporten
Electrolyser1
Biomass
(74.7 PJ)
Electricity
(52.7 PJ)
Methanol/DME
(100 PJ2
)
H2
(38.4 PJ)
Gasifier Chemical
Synthesis
Hydrogenation
2.9 Mt
Syngas
Resource Conversion Process││ │ ││ Transport Demand
87 Gpkm
53 Gtkm
Transport Fuel
OR
H2
O
(3.8 Mt)
0.9 Mt
MET HANOL
DME
ELLER
MET HAN ?

7. Vi skal bruge langt mere el
– nye forbrug er fleksible

8. Nye kapaciteter på forbrugssiden

9. Omkostninger for det
samlede system?
-5
0
5
10
15
20
25
30
Middel Lav Middel Høj Lav Middel Høj Lav Middel Høj
2015 ENS 2050 Fossil ENS 2050 Vind IDA 2050
Samfundsøkonomiskeomkostninger(Milliarder€/år)
Investeringer D&V Brændsler Eludveksling CO₂
…. det innovative systemdesign er
afgørende for de samlede
omkostninger…
… 100% VE kan lade sig gøre med
lave/samme omkostninger som nu
… det haster og finde balancen
mellem teknologiinvesteringerne i
det integrerede energisystem af
hensyn til de samlede
omkostninger

10. Elektrolyse Hydrogenering
Carbon or
N2 source
Kemisk
synthese
H 2
Trin 1
Gas fra biogas ,
punktkilder,
gasificering af
biomasse, CO2 –fangst,
kvælstof -fangst
H 2 O
Methanol/DME/
Methan/Ammoniak
Trin 2
Brint fra elektrolyse
(alkalisk, PEM, SOEC)
Trin 3
Anvendelse
• Enkelte teknologier er helt
modne, andre er ikke
(TRL – levels)
• Sammensætning af komplekse
anlæg og opskalering er
nødvendig
• Alle muligheder skal testes

11. Fase 1: Markedsmodning – fra 2020 - 2023
- Demonstration af P2G og P2L systemer
- Elektrolysekapacitet på mellem 1-3 MWel per anlæg. Samlet en total installeret kapacitet i
størrelsesordenen 7 til 10 MWel (3 til 5 anlæg).
- Primært fokus på alkalisk elektrolyse og PEM-baseret elektrolyse, men i takt med at SOEC teknologien opnår
det ønskede teknologiske parathedsniveau, bør fokus omstilles mod denne teknologi (til en start evt. 0.5
MW anlæg her)
- Anbringelse af anlæg som muliggør fremtidig tilslutning til el-, varme- og gasnetværk.
- Demonstration af elektrolyse integreret med vindmøller. Løse driftsproblemer og koble den nødvendige
teknologiske udvikling mod et forbedret samspil med resten af energisystemet. (fleksibel drift med
vedvarende energikilder som vind og biogas)
- Forskellige konfigurationer afprøves for
- At maksimere synergien mellem anlægskomponenterne og fleksibiliteten og for at skabe nye
indtægtskilder såsom ved fjernvarmeforsyning.
- Forgasning af biomasse med tilføjelse af elektrolyse brint til skabelse af flydende brændsler
- Opgradering af biogas ved hjælp af elektrolyse til gas og flydende brændsel (fleksibel drift med biogas)
- Koncentreret CO2 indfangning fra enkeltstående udledningskilder (f.eks. kraftværker eller industrielle
anlæg) med elektrolyse til flydende- og gasbrændsel
- Gassystemer og lagre (brint, CO2, syntesegas, biogasnet mv)
- Faldgruppe at gå 100% over methan for at finde de flydende brændsler:
- Hvis vi kun lægger demoanlæg op af naturgassystemet, er der risiko for, at vi ikke afdækker alle
muligheder – og dermed heller ikke får udnyttet vores fordele fuldt ud

12. Fase 1: Markedsmodning – fra 2020 - 2023
- Regulatorisk - Nye markedsvilkår for anvendelse af elektrolyse bør afprøves i perioden frem til 2023
- Reduktion af risiko frem mod 2023: Gas/flydende brændsler produceret ved elektrolyse kan og bør ikke anses som
konkurrent til etablerede fossile brændsler som naturgas, diesel og benzin. Elektrofuels er en del af et nyt marked af
transportbrændsler baseret op VE. Derfor er der en stor risiko ved overhovedet at investere i nye teknologier, og
denne risiko bør reduceres.
- Innovationsmarked:
- Vigtig at skabe særlige markedsvilkår så disse nye anlæg kan konkurrere med etablerede og billigere
teknologier.
- Anlæg: En mulighed kunne være udbud af anlægstilskud til 7 til 10 MWel eller 3-5 anlæg, svarende til
eksempelvis 30% af investeringen.
- Drift: Innovationsmarkedet gælder elmarkedet, elinfrastruktur, gasinfrastruktur:
- Ikke grundlast – men drift for elektrolyse 50% af tiden. Elektrolyse skal spille sammen med elsystemet
(eks. vind og elinfrastruktur, behov for kraftværker mv)
- Kulstof/kvælstof – fangst og lager skal spille sammen med brintproduktion og slutproduktion. Kræver
god placering med hensyn til lagre og gasnet – samt anlægstilskud og krav/mulighed for særlig drift
- Eltariffer skal tilpasses, så det er billigt (gratis) at bruge nettet på tidspunkter, hvor der er ledig kapacitet
og omvendt meget meget dyrt på andre tidspunkter
- Der skal åbnes mulighed for private elnet mellem VE og elektrolyse. Men disse skal så straffes med en
høj tarrif, hvis det bliver nødvendigt at bruge det overordnede net.

13. Fase 1: Markedsmodning – fra 2020 - 2023
- Regulatorisk - Nye markedsvilkår for anvendelse af elektrolyse bør afprøves i perioden frem til 2023
- Placering:
- Nærhed til elektricitet fra vedvarende kilder (for at begrænse behovet for at udvide distribution og/eller
transmissionsnetværk)
- Nærhed til fjernvarme (for at kunne anvende overskudsvarme) og
- Nærhed til gasnetværket (hvis nødvendigt)
- Brug af niche gas- og brintmarkeder som slutbrændsel (med fokus på at afprøve driftsforhold)
- Udvikle nye (tekniskadministrative) blandingsstandarder
- Ifølge blandingsstandarderne bliver metanol og DME på nuværende tidspunkt anset som oxygenatorer, med
tilladte blandingsforhold på op til henholdsvis 3% og 22% (måske mere) af den samlede volumen. De tilladte
blandingsforhold stammer fra 1985. Men dette er ikke tilladt eller et krav.
- Teknisk set kunne man blande 15% metanol i benzin. Men dette er ikke tilladt eller et krav. Det er muligt at
køre på 100% DME/Metanol med tilpassede motorer.
- Behov for målrettede iblandingskrav for
- Skibe, Lastbiler, Fly (ikke personbiler/varebiler som skal over på el – her kunne man have elektrificeringsmål)
- Oprettelse af et videnscenter for opsamling og kommunikation af demonstrationsanlæg
- Sikre midler til demonstration og mere langsigtet innovation og forskning
- Innovation og forskning
- Forsknings- og udviklingsaktiviteter på centrale teknologier: SOEC, forgasning af biomasse (Pyroneer og Viking),
Indfang af CO2 fra stationære udledningskilder og luft (og CCU), brændsel til flytrafik fra P2L
- Afprøvning på forskellige fartøjer

14. Ekstra info

15. 15
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1980 1990 2000 2005 2010 2015 2016 2017
Træpiller - Import Brænde - import Skovflis - Import
Affald, bionedbrydeligt - Import Bioethanol - Import Biodiesel - Import
Træpiller Brænde Skovflis
Affald, bionedbrydeligt Halm Træaffald
Biodiesel Bioolie Biogas
Sum - import
Biomasseforbrug i Danmark - Kraftvarme og kedler
B I O M A S S E P O T E N T I A L E T
O P T I M I S T E N : C A . 3 0 0 P J
P E S S I M I S T E N : 1 6 5 P J
R E A L I S T E N : 2 0 0 P J
3 0 G J B I O P R . C A P I T A E R
H Ø J T G L O B A L T
7 5 P J
I M P O R T

16. • Biomasse udover de residuale ressourcer kan have en
klimaeffekt.
• Alle opgørelser viser Danmark har flere ressourcer en
gennemsnittet!
• Den danske energimodel vedr. biomasse som den ser
ud pt. skal forblive en dansk model.
16
Udfordringer ved biomasseforbrug i
Danmark og globalt
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
IDA's Energy
Vision 2050
CEESA 2050 Elbertsen et al.
(2012)
Gylling et al.
(2012)
L. Hamelin et al.
(2019)
BioBoost Smart Energy
Europe
PRIMES / -
1.5TECH
PRIMES - 1.5LIFE PRIMES -
1.5LIFE-LB
JRC-EU-TIMES
Model
Denmark EU27 (not including Croatia) and
Switzerland
EU28 EU28 + Iceland,
Norway,
Switzerland, and
Western Balkan
Countries
[GJ/cap]
Publication and geography
Bioenergy potentialsper capita projected in different publications and
current bioenergy consumption
Bioenergy potential per capita (GJ/cap) Current consumption in Denmark (2018)
Biomasseforbrug
pr. person
I dag i DK (175 PJ) 30 GJ/capita
Seneste forskning for EU (8500 PJ) 17 GJ/capita
EU 2050 scenarioer (A Clean Planet for all) 15-21 GJ/capita
IDA 100% VE i 2050 (200 PJ – Dansk andel) 30 GJ/capita
Energistyrelsens scenarioer fra 2014 35-45 GJ/capita

17. Gassystemet
• Udfasning af Naturgas (fra nu 37 TWh/år)
• Varmebesparelser, konvertering til fjernvarme, grønne gasser
• Barrierer: Aktører, gæld og vedligehold, samfundsøkonomiske
beregningsforudsætninger – Aftalemodel?
• Vi har behov for gasnet i fremtiden, men udfordringen er
kompleks (mere kompleks end branchen hævder)
• biogas og forgasset biomasse bruges i industrien og fleksibelt
kraft/varme (hovedsageligt direkte)
• Brint, CO2, syntese gas til elektrofuels samt lagring
• Nye gassystemer og mere viden er nødvendig.

18. Teknologiudvikling og politikeksempler
Teknologi Samfundsøkonomi Privatøkonomi Udfordring
Landvindmøller God Usikkerhed for investor ”Energy only” elmarkedet undersøtter
ikke langsigtede investeringer.
Aktørerne i markedet er ”risk-adverce”
og opfører sig ikke økonomisk rationel.
Offshore vindmøller Godt potentiale Usikkerhed for investor
Solceller Godt potentiale på
industritage/marker
Usikkerhed for investorer. Tage
udnyttes ikke.
Kraft-, kraftvarmeværker God Meget dårlig
Elbiler God God, men langsigtet Kørselsafgift ville fremme elbiler
Boligrenovering God God, men langsigtet Borgerne handler ikke som modellerne
siger og er ikke økonomisk rationelle
Electrofuels God (i forhold til andre VE
løsninger)
Usikker, meget usikker Brændsler til tung transport kommer
ikke selv, selv om nogle teknologierne er
modne.
….. og mange flere….. …. Med god samfundsøkonomi… Og dårlig privatøkonomi eller
tekniske forhindringer
Utalige – lige nu er der mange
teknologier under stop-go regimet