Stora förhoppningar på vätgas – en titt på framtidens teknik

Transport- och logistikbranschen knyter stora förhoppningar till användningen av vätgas (H2) som bränsle – förhoppningar som är helt och hållet berättigade. Väte är det vanligast förekommande kemiska ämnet i universum och det enda som erbjuder tre alternativ som stärker klimatskyddet – även om det fortfarande finns flera hinder att ta sig förbi.

För det första kan denna flyktiga gas produceras utan att generera några lokala utsläpp. I en process som kallas elektrolys appliceras en elektrisk ström på vatten (H2O) som delas upp i syre och väte. Förutsatt att elen kommer från en förnybar källa som sol-, vind- eller vattenkraft kan denna process anses vara klimatvänlig.

Eftersom elektrolys förbrukar nästan en tredjedel mer energi än som lagras i det väte som tas fram kommer en grundläggande utmaning på vägen mot en hållbar vätgasekonomi vara att tillhandahålla tillräckligt med prisvärd grön el.

En ofta bortglömd aspekt är att elektrolys fortfarande förutsätter färskvatten med samma renhet som dricksvatten – och det går åt nästan tio liter per kilo väte. Det innebär att torra regioner med mycket solsken – som gör att de kan bli viktiga centrum för H2-produktion – också skulle behöva investera i avsaltning av havsvatten.

För det andra vilar stora förhoppningar på väte eftersom det är byggstenen för alla syntetiska bränslen, som också kallas synbränslen, kraftbränslen, PtL-bränslen (power-to-liquid) eller PtG-bränslen (power-to-gas). Det första ämnet i det periodiska systemet kan förenas med kol och syre och bilda olika kolvätekedjor, inklusive metan, metanol, diesel och fotogen. Utmaningen här är att dessa processer också är energiintensiva.

Ofta tar man inte med i beräkningen att dessa bränslen inte bara kräver grön vätgas, utan också koldioxid, som först måste utvinnas ur atmosfären. Det synbränsle som bildas är klimatneutralt endast om denna process inte ger upphov till utsläpp. Beroende på vilket kraftbränsle det handlar om förs endast 40 till 60 procent av den energi som finns i den förnybara källan som används i början av processkedjan vidare. Därför anses sådana processer ofta vara oekonomiska. Men synbränslen är ett värdefullt alternativ där el eller vätgas inte kan användas för att driva motorer eller transportera energi direkt, till exempel i maritima tillämpningar och flygtillämpningar.

H2 som bränslecellens ”motor”

För det tredje – och viktigast av allt – är H2 en viktig del av lösningen eftersom den kan omvandlas tillbaka till el utan att släppa ut några växthusgaser eller luftföroreningar. Det är detta som sker inuti en bränslecell och det kan betraktas som motsvarigheten till elektrolys. Som en del av en så kallad redoxreaktion förs elektroner från väte över till atmosfäriskt syre. Det producerar el som kan användas för att driva motorer eller ladda batterier. De enda ”avfallsprodukterna” är ren ånga och värme. Kommersiella fordon använder PEM-bränsleceller (proton-exchange membrane), som har visat sig vara mycket effektiva. DACHSERs simuleringar indikerade att en PEMFC-växelflakslastbil skulle förbruka strax under tio kg H2 per 100 kilometer.

Trots positiva resultat med en PEM-prototyp och -lastbilar i mindre serier finns det fortfarande flera detaljer som måste lösas innan denna typ av bränslecell kan bli ett praktiskt alternativ. Exempelvis måste både det vätgasbränsle och det atmosfäriska syre som sugs in vara extremt rent för att förhindra att bränslecellens känsliga komponenter blir förorenade för snabbt och äventyrar systemets livslängd. Förutom dyr luftfiltreringsteknik kräver detta att biltillverkarna använder H2 5.0, vilket innebär att vätgasen måste ha en certifierad renhet på minst 99,999 procent – ett avancerat krav för hela H2-försörjningssystemet.

En annan utmaning är att fastställa vilket som är det bästa sättet att lagra vätgasen på lastbilen. Ska det till exempel vara i tankar trycksatta till 350 bar, vilket är vanligt i dagens bussar? Eller i vätskeform vid extremt låga temperaturer som flytande naturgas (LNG)? Tillverkarna använder olika metoder, men när största möjliga lagringskapacitet och räckvidd är de avgörande faktorerna kommer en tank som innehåller kall flytande H2 sannolikt att vara det bästa alternativet.

Sammanfattningsvis: vätgas har potential att etablera sig vid sidan av den direkta användningen av förnybar energi som den avgörande tekniken inom transport och logistik. Om vätgasen klarar att uppfylla de höga förväntningar som ställs på den kommer att visa sig innan decenniet är slut. Allt fler tillverkare av kommersiella fordon vill omvandla denna framtida teknik till en innovation inom klimatskydd och logistik.