Vätgas är framtiden
För närvarande går cirka 51 procent av det väte som används i den globala ekonomin till raffinaderier och 43 procent till ammoniaksyntes, främst för produktion av gödningsmedel. Den vanligaste processen för att producera väte är ångmetanreformering (SMR). Processen utnyttjar fossila bränslen och förbrukar cirka 6 procent av världens fossilgas och 2 procent av dess kol.
Väte är sällan tillgängligt i sin rena form på jorden utan måste extraheras från föreningar där det förekommer. Varje förening med ”H” i sin kemiska formel har väte som en av sina beståndsdelar, som kolväten, metan (CH4) och vatten (H2O). Faktum är att cirka 75 procent av universums totala massa är väte.
Även om vätgas är färglös definieras dess olika typer genom en palett av färger som sträcker sig från svart (som kommer från kol), rosa (från kärnkraft) och turkos (producerad genom pyrolys av metan) till blå vätgas (producerad av fossilgas med koldioxidavskiljningsteknik) och den form som för närvarande är den vanligaste — grå — extraherad från kolgas. Det är råmaterialet och produktionsmetoden som avgör i vilken grad en viss typ av vätgas är miljövänlig.
Men om väte kommer från fossila bränslen, varför ses det som en så viktig del av en hållbar framtid?
Målet för all forskning inom området är koldioxidneutral eller ”grön” vätgas.
Grön vätgas tillverkas genom att vatten leds genom en elektrolyscell, som drivs med el som genereras från en förnybar källa, som vind-, sol- eller vattenkraft. Den elektriska energin spjälkar vattenmolekyler till väte och syre — i form av vätgas vid den ena elektroden och syrgas vid den andra. Potentialen hos grön vätgas i den hållbara energimixen ligger i att den kan förbrännas på ungefär samma sätt som fossilgas — och den kan användas i en bränslecell som fungerar som ett batteri.
Även om vätgas har många användningsområden begränsas tekniken av att det krävs så mycket energi för att utvinna väte. Ibland krävs mer energi för utvinningen än vad som kan produceras med den utvunna vätgasen. Grå vätgas, utvunnen med hjälp av fossila bränslen, är relativt billig.
Hittills har relationen varit att ju grönare vätgasen är desto dyrare är den att producera. Detta håller dock på att förändras i takt med att produktion av grön vätgas blir prismässigt rimligare, och i vissa fall är det förmånligaste alternativet.
Fossila bränslen blir allt dyrare och allt mindre acceptabla på grund av deras inverkan på klimatet. De används också som slagträ i geopolitiska konflikter, vilket betyder att det blir allt viktigare att minska vårt beroende av dessa bränslen. Regeringar, globala organ och industrin har press på sig att minska utsläppen av växthusgaser för att uppfylla de nollutsläppsmål som har satts upp. Realistiskt sett kan dessa mål uppfyllas endast genom omvälvande nya lösningar, till exempel grön vätgas.
Dessutom leder initiativ som FN:s Green Hydrogen Catapult, USA:s energidepartements vätgasprogram, Kinas långsiktiga vätgasplan och EU-kommissionens lagstiftningsförslag till att vätgasutvinning prioriteras, blir effektivare och därmed också kostnadseffektivare. Samtidigt innebär de sjunkande kostnaderna för produktion av soloch vindkraft att de totala kostnaderna för tillverkning av grön vätgas minskar betydligt.
Var kommer vätgas in i den hållbara energimixen?
Tillverkarna kommer definitivt att ”miljöanpassa” de kemiska processer som för närvarande står för den största vätgasanvändningen. Man kommer till exempel att övergå från grå till grön vätgas för produktion av gödningsmedel.
Vätgasbilar då? Faktum är att det första fyrhjuliga fordonet som skulle drivas av väte och syre konstruerades redan 1807. På 1970- och 1980-talen såg många vätgas som lösningen på problemet med förorenande bilar. Skådespelaren Jack Nicholson lovade redan 1978 sina fans en bil som skulle drivas av vad vi idag skulle kalla ”grönt väte”.
Sedan dess har batteritekniken förbättrats dramatiskt och batterielektriska fordon konkurrerar nu med traditionella drivlinor när det gäller räckvidd — avståndet som går att köra på en laddning vid en laddstation eller efter tankning på ett tankställe. De flesta experter är överens om att batterier är mer lovande än vätgasbränsleceller i kampen om hållbar körning av personbilar, även om Honda som en av de första originalutrustningstillverkarna (OEM) 2008 erbjöd en elbil med vätgasbränsleceller (FCEV) till konsumentledet.
För andra typer av fordon har dock batterier sina begränsningar och vätgas kan vara ett bättre alternativ. Enligt SAE International är OEM och globala leverantörer intresserade av vätgas som en lösning för att minska koldioxidutsläppen från tunga transporter. Vätgasdrift har emellertid länge stått i skuggan av batterielektrisk drift, och det var först 2020 som Hyundai började producera den vätgasdrivna lastbilen Xcient.
Hittills har vätgasfordon inte fått något större genomslag. Enligt Information Trends finns det idag bara 56 000 vätgasdrivna fordon på världens vägar, och väldigt få av dessa är kommersiella fordon eller tunga lastbilar. De senaste årens genombrott inom vätgastekniken kan dock minska utsläppen från fordonsparken, samtidigt som de ger tillförlitlig funktion och tillgänglighet i klass med moderna dieseldrivna lastbilar.
OEM-tillverkarna fokuserar på att utveckla tekniken för tillämpningar som är svåra att elektrifiera — lastbilar som dagligen kör 40 mil eller mer, som används i områden med kraftig luftförorening eller som har en intensiv driftcykel, det vill säga är i drift under större delen av dagen.
Som ett första steg koncentrerar sig de flesta OEM på vätgasdrivna förbränningsmotorer som bygger på nuvarande teknik och chassikonstruktioner. Men FCEV-fordon kan så småningom bli en långsiktig lösning för att minska koldioxidutsläppen från långväga transporter. Vätgasbränsleceller är en löftesrik teknik för tunga lastbilar i sammanhang som kräver högre energidensitet, snabb tankning och stor räckvidd.
Vidare har sjöfartsindustrin tryck på sig att minska sina koldioxidutsläpp. Fartyg släpper för närvarande ut 3 procent av världens växthusgaser. Flera projekt pågår för att testa om väte och andra bränslen som tillverkas av väte — som ammoniak och metanol — kan göra sjöfartsindustrin mera koldioxidsnål.
Ett annat intressant område är tåg som kör långa sträckor, och här är tekniken redan en realitet. Alstoms Coradia iLint™ är världens första passagerartåg som drivs med en vätgasbränslecell. I september 2022 satte det världsrekord i räckvidd, med 1 175 kilometer på en enda fyllning.
Den hållbarhetsmässigt viktigaste tillämpningen för vätgas är dess potentiella roll i att stabilisera elnätet. Det beror på att vätgas som har producerats med el kan lagras, och vid behov användas för att producera el på nytt.
Tillgången på förnybar energi är av naturen variabel, eftersom den styrs av när solen skiner eller vinden blåser. Även om verkningsgraden hos solpaneler och turbiner fortsätter att öka krävs det en alternativ energikälla när det inte finns någon förnybar energi att utvinna. För närvarande är kolgas den vanligaste reservlösningen men det är ohållbart på grund av dess klimatpåverkan.
Universallösningen är att fylla tomrummet med grön vätgas. När det finns överskott av vind- och solenergi producerar vindturbiner och solpaneler mer energi än vad som behövs för att mata elnätet, och då stängs de av. Följden är att upp till 20 procent av den förnybara energins potential inte utnyttjas.
Stora investeringar görs nu i att integrera vätgas med förnybara energikällor. I stället för att stänga av solpaneler och vindturbiner när de producerar som bäst skulle överskottet av el kunna användas för att producera grön vätgas, som kan lagras. När elnätet behöver energi kan vätgasen omvandlas till el igen.
Man kan knappt tro att Jules Verne redan på 1800-talet förutspådde att vattenmolekyler kan spjälkas av elektricitet och bli en outtömlig källa till värme och ljus. Efter 150 år blir hans vision verklighet, och vätgas kommer att vara en viktig komponent för hållbar energiproduktion.
För mer information, besök:
Detta är en artikel från Trelleborgs magasin T-Time, för att se alla språkversioner och tidigare nummer, klicka här.