Vätgas

När samhället ställer om från fossila bränslen till fossilfri energi behövs lösningar också för de delar som är svåra att elektrifiera – som tung industri, sjöfart och flyg. Här spelar vätgas en avgörande roll. Den är flexibel, är möjlig att producera fossilfritt och kan användas för att lagra och transportera energi på ett effektivt sätt.

Vad är vätgas?

Väte är världens vanligaste grundämne. Vätgas (H₂) är en molekyl som innehåller två väteatomer och fungerar som en energibärare, precis som el. Vätgas är i sig varken fossilfri eller fossil – det beror helt på hur den produceras. Fossilfri vätgas framställs med el från exempelvis vattenkraft eller vind.

Vätgas är en kemisk förening av två väteatomer (H2), som också är det vanligaste grundämnet vi känner till. Vätgasen är doftlös, färglös och lättantändlig. Vätgas är väldigt flyktigt vilket gör att den snabbt löses upp i luften och blir ofarlig.

När vätgas kommer i kontakt med syre frigörs stora mängder energi. Restprodukten är vanligt vatten, eftersom vätgas (H2) som reagerar med syre (O) bildar H2O.

För att kunna använda vätgas som bränsle, el eller värme behövs en energiomvandlare. Det kan till exempel vara en bränslecell, en slags energiomvandlare som kan användas för att göra om vätgasens kemiska energi till elektricitet. Restprodukten är rent vatten samtidigt som det också bildas värme i processen som kan tillvaratas.

Så tillverkas vätgas

Det finns flera metoder för att framställa vätgas. De vanligaste sätten att producera vätgas är antingen genom så kallad ångreformering, genom metanpyrolys eller i en process som kallas elektrolys.

Ångreformering

Vanligast idag är ångreformering av naturgas. Naturgasen hettas då upp till mellan 700 och 1 100 grader celsius, vilket i kombination med en katalysator gör att vattenånga reagerar med metanet i naturgasen (CH4) och bildar koldioxid och vätgas. Nackdelen med denna metod är att den ger upphov till stora koldioxidutsläpp. Fördelen är att den kostar mindre.

Metanpyrolys

I metanpyrolys hettas naturgas upp till över tusen grader och tillåts bubbla igenom en katalysator av smält metall. Metanet (CH4) delas då upp i två stycken vätgasmolekyler och en kolatom. Kolatomen kan sedan lagras i fast form och släpps inte ut i atmosfären. Fördelen med denna metod är att den omvandlar ett fossilt bränsle till vätgas utan att ge upphov till koldioxid. Metoden är relativt ny och behöver utvecklas vidare för att kunna skalas upp till industriell skala.

Elektrolys

I en elektrolysör spjälkas vatten upp i vätgas och syre med hjälp av el. I elektrolysören finns två elektroder – en med positiv (anod) och en med negativ (katod) laddning. Katoden är ofta täckt med platina för att positivt laddade atomer som vandrar över ska kunna reduceras, vilket inträffar när de tar emot elektroner från katodens yta. När de reduceras bildas vätgas. Vid anoden lämnar istället negativt laddade atomer elektroner. Då uppstår en oxidation och syrgas bildas.

Om fossilfri el används i elektrolysören blir vätgasen klimatvänlig. Nackdelen är att verkningsgraden är relativt låg, ungefär 20-30 procent av energiinnehållet förloras i omvandlingen från el till vätgas. Forskning och utveckling pågår dock för att förbättra effektiviteten. Till 2030 finns bedömningar om att man kan minska förlusterna till mellan 14 och 18 procent.
 

Image

Vad används vätgas till?

Vätgasen är en energibärare med många olika användningsområden. Inom industrin har vätgas använts som råvara i över 100 år, främst som råvara inom kemisk industri, till exempel för att tillverka ammoniak.

Vätgas i kombination med en bränslecell kan till exempel användas för att driva ett fordon. Vätgas kan också användas som reservkraftsystem för till exempel basstationer och telefonväxlar, för att minska sårbarheten i telenätet i samband med stormar eller andra störningar.

I Sverige är bedömningen att vätgasen i första hand kan komma till användning inom processindustrin, till exempel för att tillverka fossilfritt stål. Tunga transporter som är svåra att elektrifiera är ett annat område med stor potential. Ett tredje område är att använda vätgas för att jämna ut toppar och dalar i elsystemet.
 

Processindustri

Vätgasen kan bland annat användas inom processindustrin för att ersätta fossil energi. Vid produktion av exempelvis stål använder man idag stora mängder kol eller naturgas som reagerar kemiskt med järnmalmen. Utmaningen har varit att hitta en fossilfri tillverkningsmetod. Där kommer vätgasen in som en lösning.

Unipers arbete med vätgas

På OKG utanför Oskarshamn har vi haft fossilfri vätgasproduktion sedan 1992. Elektrolysören har en effekt på 0,7 MW och vätgasen produceras med hjälp av el från kärnkraftverket och vatten från kärnkraftverkets eget vattenverk. Vätgas används på OKG för kylning av generatorer medan överskottsproduktionen idag säljs på helt kommersiella grunder.

I Östersund driver Uniper projektet NorthStarH2 – ett steg mot fossilfri industri och sjöfart. Här utvecklas e-metanol genom vätgas från el och vatten, tillsammans med infångad biogen koldioxid från förnybara källor.

BotnialänkenH2 är ett intressant framtidsprojekt som Uniper driver tillsammans med Luleå Hamn. Planen är att etablera en regional vätgashubb i Luleå där vätgas produceras baserad på vindkraftsel, och där vätgasen både kan användas i den regionala processindustrin, omvandlas till elektrobränsle för fartygsbränsle, eller exporteras.

Uniper är delägare i Liquid Wind som ska producera elektrobränslet eMetanol från vätgas och biogen koldioxid.

En svensk vätgasstrategi växer fram

Sverige har unika förutsättningar att bli ett vätgasland, med god tillgång till fossilfri el och biogen koldioxid. För att lyckas behövs en tydlig strategi för infrastruktur, teknikval och finansiering. Här arbetar Uniper aktivt för att bana väg för en konkurrenskraftig och hållbar vätgasmarknad.