Inom vilka områden används vätgas idag?

Vätgas används i dag främst som råvara inom industrin och som sådan har den spelat en viktig roll under en mycket lång tid. Den används bland annat inom raffinaderier och för att framställa ammoniak.

Men vätgas har också en stor potential att bli en del av lösningen i övergången från fossil till förnybar energi. Vätgas är flexibelt och kan göras från många energibärare.

Hur kan man använda vätgas som energibärare?

När det talas om vätgas som energibärare är det ofta som transportbränsle. De flesta stora biltillverkare ägnar mycket resurser åt att ta fram bränslecellsfordon som kan serieproduceras på ett ekonomiskt sätt. Det finns även vätgasdrivna fordon som har förbränningsmotor istället för bränsleceller. Läs mer om vätgas som fordonsbränsle.

En växande nisch inom transportområdet är att använda bränsleceller som APU (Auxiliary Power Unit). Denna typ av hjälpkraftaggregat används eftersom det krävs stora mängder energi för att driva kyl- och fläktsystem och andra anläggningar som finns ombord på lastbilar. I dag sker det med dieselaggregat eller genom att lastbilen går på tomgång, något som medför både föroreningar och störande ljud. Även inom flygbranschen och för stora motorbåtar undersöks möjligheterna att använda vätgas som hjälpkraft.

Kombinationen av vätgas och bränsleceller används dock inte bara till fordon. Den kan även ge värme och el till byggnader. För att minska sårbarheten i telenätet, i samband med stormar eller andra störningar, kan den här tekniken användas i reservkraftsystem till basstationer och telefonväxlar. Jämfört med dagens lösningar ger det ett mer miljövänligt system än med dieselaggregat, och ett robustare system med längre backup-tid jämfört med batterier.

Vätgas spås också ha en central roll som stöd i utvecklingen av förnybara energisystem. Sol, vind och vågkraft är till naturen ojämna som energikällor. Om de ska få någon verklig betydelse i framtiden krävs metoder för mellanlagring. Här kan vätgas fungera som effektutjämnare och lagrare av överskottsenergi. Det skulle göra energisystem som till exempel vindkraft mer flexibla och bidra till att öka takten för utbyggnaden av förnybar energi.

Vätgas och bränsleceller kan också användas som så kallade stand alone-system för de samhällen som helt saknar anslutning till ett elnät och dit det är kostsamt att dra nätet. 40 procent av världens befolkning bor på sådana platser, så behovet är enormt. Stand-alone är en term för energisystem som inte är beroende av elnätet eller något annat energinät för att producera el. Energin kan komma från sol eller vind och lagras och användas lokalt. Fördelarna med vätgas i det sammanhanget är att det är tillförlitligt och att det, i kombination med en förnybar energikälla, inte har några utsläpp från driften. På ön Utsira, på Norges västkust, finns sedan 2004 ett sådant system för energiförsörjning med vindkraft och bränsleceller. Tio hushåll på ön har sedan dess en säker strömtillförsel till sina hus, utan att varaberoende av fastlandet. Det traditionella sättet att få el och värme på ställen liknande Utsira är att ha en dieselgenerator.

Även i portabel teknik som mobiltelefoner, kameror etcetera kan en bränslecell användas. Fördelarna är då en längre driftstid än med batterier samt att laddningen inte är beroende av elnätet. Vätgasen förvaras i en liten behållare som byts ut då energin är slut.

Vilka är miljövinsterna med vätgas?

Hur stora miljövinster som kan göras genom att använda vätgas som energibärare beror på hur vätgasen produceras och transporteras samt hur effektivt den omvandlas. Det finns främst två användningsområden där vätgasens miljöpotential är särskilt betydande: transport och som mellanlager av förnybar energi.

Genom att använda vätgas tillsammans med bränslecellsteknik kan de lokala utsläppen av koldioxid, kväveoxider och partiklar från transportsektorn minskas radikalt. Även om vätgas som produceras från fossila energikällor medför en miljöpåverkan är det en fördel att koldioxidutsläppen kan avskiljas redan i produktionsanläggningen. Detta blir tydligt om vätgas används som fordonsbränsle då man slipper utsläpp från varje fordon.

Utsläppen från en bränslecell tillsammans med vätgas är rent vatten. Det ger stora miljöfördelar förutsatt att stegen före användarledet inte medför en stor miljöbelastning. En bränslecell är ungefär dubbelt så energieffektiv som en förbränningsmotor om den används i en vanlig bil. Det innebär att med samma mängd energi blir körsträckan med en bränslecellsbil omkring dubbelt så lång som den blir med förbränningsmotor. Moderna batterier har ännu mindre energiförluster än bränsleceller. Dessa tar dock tid att ladda och väger relativt mycket. Att kombinera batterier och bränsleceller kan därför vara fördelaktigt inom flera områden, inte minst fordon. Exempelvis kan räckvidden för en elbil i familjebilstorlek nå upp till 50–60 mil utsläppsfri körning genom att bränslecellerna laddar batteriet samtidigt som bilen används.

Vad är en bränslecell?

En bränslecell är en energiomvandlare som kan användas för att få elekricitet och värme från vätgas. Även andra energibärare än vätgas kan användas, till exempel metanol. Läs mer om bränsleceller.

Varifrån kommer vätgas?

Idag produceras vätgas huvudsakligen av naturgas, genom så kallad ångreformering, eftersom det är mest kostnadseffektivt. Men även biogas, olja och kol kan användas som energiråvara. De huvudsakliga produkterna blir då vätgas och koldioxid.

Ett annat sätt att framställa vätgas är genom så kallad elektrolys. Det innebär att elektricitet från exempelvis vindkraft, solenergi och vattenkraft, används för att spjälka upp vatten i vätgas och syre. I dag är detta ett relativt dyrt sätt att tillverka vätgas, och cirka 30–40 procent av energin förloras genom elektrolysen. Effektiviteten förväntas dock bli bättre och på sikt betraktas elektrolys som en viktig metod för att tillverka vätgas från förnybara energikällor. En av vätgasens fördelar som energibärare är just att den kan lagra energi från alla energikällor, såväl förnybara som fossila och kärnkraft. Vilken källa som är lämpligast att använda för att tillverka vätgas Beror på vilka lokala förutsättningar som finns, som till exempel en förgasningsanläggning. Även miljökraven påverkar valet av energikälla, till exempel om vätgasen ska ingå i ett system för förnybar energi.

Inom den kemiska industrin uppstår stora mängder vätgas som en biprodukt. Den kan användas till exempel som fordonsbränsle. På så vis kan den utgöra en viktig källa innan produktion av vätgas ur förnybara källor kommer igång i större skala.

Kostnaden för vätgas beror på priset för den energi som används för att framställa den. Om till exempel naturgas framöver blir dyrare, medan vindkraft blir billigare, förändras också förutsättningarna för att producera förnybar vätgas.

På lång sikt bedrivs det forskning på metoder där man använder levande, mikroskopiska organismer eller koncentrerat solljus i kombination med olika kemiska ämnen för att producera vätgas.

Det finns för tillfället ingen utförlig sammanställning på svenska över olika sätt att framställa vätgas och hur de står sig i jämförelse med andra alternativ. Men tills ett sådant dokument har tagits fram hänvisar vi till en tysk rapport som getts ut av European Hydrogen Association, EHA, 2007. Texten är på engelska och du kan ladda ner den i pdf-format på EHAs hemsida.

Hur är det med lagring och distribution?

Precis som energibäraren elektricitet måste vätgasen transporteras från en energikälla till det ställe där energin behövs, vilket kan vara till byggnader, portabel elektronik eller fordonsbränsle. När det gäller lagringen av energin, står både elektriciteten och vätgasen inför vissa svårigheter. För att vätgas ska bli ett seriöst alternativ till fossilt fordonsbränsle behöver lagringen bli både billigare och mindre skrymmande.

Vätgasen kan produceras på en storskalig, centraliserad produktionsanläggning och sedan distribueras ut till användarna, vilket är det vanligaste i dag. Den kan också tillverkas lokalt, i mindre skala, vilket är en fördel eftersom det minskar sårbarheten och beroendet av andra energileverantörer. Vätgasförsörjningen kan också baseras på ett distributionssystem för en annan energibärare, som metanol, etanol, el, natur- eller biogas, för att sedan omvandla denna till vätgas hos användaren. Sådana vätebärare har en högre energidensitet, vilket gör att transportvolymerna blir mindre och mer lätthanterliga.

Väte är gasformigt under normal temperatur och normalt tryck. Den kan förvaras i komprimerad form i gasflaskor. Inom industrin komprimeras vätgasen i regel till 200 bar och förvaras i flaskor av rostfritt stål. När vätgas ska användas som fordonsbränsle komprimeras den till 350 eller 700 bar. Komprimeringen leder till energiförluster på 5–10 procent. Dessutom är dagens tankar både skrymmande och dyra, eftersom de tillverkas i kolfibermaterial med avancerad produktionsteknik.

Ett annat sätt att transportera vätgas är att kyla ner den till flytande form, –253 grader, och förvara den i kryotankar. Resultatet blir att lagringen då kräver mindre utrymme. Nedkylningen ger dock en energiförlust på cirka 30 procent och dessutom sker en avdunstning med tiden, vilket bidrar till ytterligare energiförluster. Trycksatt och flytande vätgas transporteras med lastbil respektive tankbil. Tåg är ett annat möjligt alternativ som ännu inte är så vanligt.

Det går också att distribuera vätgas i pipelines. Fördelen är då att det även går att förvara vätgas i ledningen vid de tillfällen då tillgången är störreän efterfrågan. Nackdelen är att det i dag saknas ett utbyggt system med ledningar som kan hålla vätgas, och investeringskostnaden är relativt hög. Vätgas kan troligtvis distribueras i befintliga naturgasledningar, men det behöver utredas ytterligare. Om efterfrågan på vätgas ökar kan ett ledningssystem löna sig på sikt. I Europa finns det för tillfället cirka 1600 km vätgasledning.

Det går också att lagra vätgas i så kallade metallhydrider. Sådana legeringar finns i hundratals olika sorter. Fördelar med denna metod är att den är säkrare och kräver betydligt mindre volym. Nackdelar är att metallhydriderna ofta är tunga och att hastigheten på hur snabbt vätgasen kan tas ut kan vara begränsad

Vad kostar vätgas?

Priset för vätgas hänger på priset för den energiråvara som vätgasen ska framställas från. När vätgas framställs från el eller natur-/biogas är priset 1,6 -1,7 ggr priset för källan. Den kostnaden baseras på att 30 % av energin förloras i reformeringsprocessen. För att den här produktionen av vätgas ska vara ekonomiskt försvarbar krävs att vätgasen används tillsammans med en bränslecell. Bränslecellen är nämligen så effektiv att den väger upp för den förlust som uppstod då energin omvandlades till vätgas.

Förutom kostnaden för energiråvaran, i det här fallet el eller natur- /biogas, så finns en investeringskostnad som måste tas med i beräkningen. Att bygga en vätgastankstation kostar 10-20 miljoner kronor. Vad kostnaden för att tanka vätgas faktiskt är beror sedan på hur många fordon som använder stationen, eftersom kostnaden delas upp på användarna.

I dagsläget är det billigaste sättet att producera vätgas att reformera natur- eller biogas. En bränslecellsbil drar cirka 0,01 kg vätgas/km. Givet att vätgas kostar cirka 4 EUR/kg blir kostnaden cirka 35 kr/kg, vilket ger ett bränslepris på 3,50 kr/mil.

På längre sikt är det vätgas som produceras genom förnyelsebara källor som är intressant, både ur klimatmässig och ur ekonomisk synvinkel. Då vätgasen kommer från till exempel sol, vind eller bakterier, är det bara investeringskostnaderna att räkna med, energikällan är ju gratis.

När kommer det kommersiella genombrottet?

Det beror på hur man definierar kommersiellt genombrott. En definition är masstillverkning av vätgasfordon, med volymer på 10–50 000 bilar per år och tillverkare. Genombrottet kommer då mellan år 2012 och 2015, beroende på teknikutvecklingen och hur infrastrukturen ser ut då. (Dagens F&U-program bygger på antagandet att genombrottet sker år 2015.)

Men det finns applikationer där vätgasbränsleceller redan är konkurrenskraftiga. Den ena är back-up aggregat för basstationer där vätgasbränsleceller med tillhörande tank ger en större driftssäkerhet än konventionella blybatterier. Den andra är gaffeltruckar, där bränslecellsdrift ger högre produktivitet jämfört med batteritruckar (man behöver inte byta batteri när det gamla har tagit slut) och dieseltruckar (slipper tidskrävande omlastningar). I det senare fallet får också en förbättring av arbetsmiljön.

När det gäller portabla bränsleceller ligger genombrottet mycket nära och den första applikationen kommer att bli en batteriladdare för portabel elektronik, som fungerar utan eluttag. Faktum är att det sedan ett par år redan finns en kommersiell produkt på marknaden: en leksaksbil med bränsleceller och en liten trycktank med vätgas. Andra portabla bränslecellsapplikationer använder metallhybrider eller kemisk vätgaslagring.

Är det på allvar nu? Ni sa ju "om tio år" för länge sen

Ja, det är sant att en del personer förutspådde att vätgas skulle vara betydligt mer använd idag än vad som har blivit fallet. Men det är också så att många tunga aktörer, till exempel biltillverkare tidigare undvek att säga någon tidpunkt för en bredare introduktion av vätgas och bränsleceller, vilket de gör idag. Bland andra GM, Honda och Daimler går ut med att de kommer att ha en mindre serieproduktion av bränslecellsbilar 2010. Det är inga spekulationer om en avlägsen framtid, bilarna är redan i produktion. Nio stora bilproducenter gick också ut i ett gemensamt uttalande i september 2009 om att de från och med 2015 kommer att producera "hundratusentals" vätgasbilar med batterier och bränsleceller.

Vi ska heller inte glömma att under den tid som gått sedan vätgasen förutspåddes få sitt stora genombrott som energibärare, har utvecklingen gått framåt. Tekniken har kommit längre och är i flera fall redan färdig för konsumenterna. Om vi ser till transportsidan så har bränslecellsbilarna blivit mycket mer konkurrenskraftiga genom längre räckvidd och högre effektivitet. Dessutom har komponenterna blivit mindre. Vätgasbränslecellens prestanda har under de senaste tio åren förbättrats avseende både användnings- och produktionsområdet.

Redan nu finns det kommersiella vätgaskomponenter i fordonsbranschen, såsom back-up-kraft i lastbilar. Svenska PowerCell är ett företag som är framgångsrikt inom den nischen.

Dessutom har det byggts ett antal tankstationer för vätgasbilar runt om i världen. Läs gärna om det samarbetet Scandinavian Hydrogen Highway Partnership, för mer information om hur långt vi har kommit i Skandinavien.

Är vätgas farlig?

Vätgas är explosivt under vissa förutsättningar, men är inte farligare att hantera än andra energibärare. Bill Vincent, Breakthrough Technologies Institute, jämför i en presentation från 2004 vätgas med naturgas, bensin, propan och elektricitet och visar att vätgas faktiskt medför mindre risker än dessa alternativ.

Till exempel har vätgasen följande säkerhetsmässiga fördelar:

- inte giftig

- flyktig och försvinner snabbt i öppna utrymmen, som t.ex. om en läcka skulle inträffa i samband med tankning av en vätgasbil eller en bilolycka

- brinner snabbt

- har 22 gånger lägre explosionskraft än bensinånga

Därmed inte sagt att vätgas är riskfritt. En kraftig explosion skulle inträffa om en viss mängd syre och vätgas skulle pressas samman i ett begränsat utrymme. Många minns experimenten med "knallgas" från skoltiden.

Precis som med andra bränslen och energibärare måste vätgas hanteras efter sina speciella förutsättningar för att minska risken för olyckor.

Ligger Sverige efter internationellt sett?

Jämfört med övriga EU ligger vi genomsnittligt till och har flera konkurrenskraftiga företag. Tyskland och Storbritannien, som är de EU-länder som har kommit längst har fler företag, även per invånare räknat, än Sverige.

Svenska staten satsar mindre på forskning och utveckling inom området per invånare jämfört med bland andra Danmark, Tyskland, Storbritannien, Kanada och USA. Vi har heller ingen nationell vätgasstrategi, som de övriga nordiska länderna har. Sverige har dock sedan 1997 haft ett framgångsrikt Mistra-program för forskning inom bränslecellsområdet, vilket har finansierats av bland andra Energimyndigheten och Vinnova. Mistras program kommer dock att avslutas under 2010 och det är i dagsläget oklart hur den svenska kompetensen inom forskningsområdet för bränsleceller ska tas tillvara och utvecklas.

Man behöver ett långsiktigt stöd för bygga upp den kompetens som krävs för att bedriva forskning och utveckling samt demonstrera och testa produkter i större skala. Det i sin tur gör det möjligt att visa upp svenska produkter internationellt samt ta del av de satsningar som sker inom EU just nu. Läs mer om den europeiska satsningen Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative.