Kan vätgas lösa framtidens energibehov?

Vätgas är det lättaste grundämnet och innehåller mer energi i förhållande till vikt än fossila bränslen. När den omvandlas till energi i en bränslecell är den enda avgasen vatten, som är så rent att det går att dricka. Här finns stor potential för såväl industrin som transportsektorn, men också som ett sätt att lagra stora mängder energi från sol-, vind- och vattenkraft långsiktigt.

Teknik redo att skalas upp

Det är svårt att undgå kampen mot klockan som mänskligheten just nu utkämpar. Utsläppen måste ner fort och är sammankopplade med vårt beroende av fossila bränslen. Dagens vätgas kommer till 95 % från fossila bränslen, men den gröna vätgasen är på stark frammarsch. Tekniken finns, den stora utmaningen är att få igång massproduktionen, så att kostnaderna går ner.

Thomas Lydhig är expert på automation inom produktionsutveckling på Semcon och har i mer än sju års tid jobbat med produktionssystem för bränsleceller och elektrolysörer.

– I dag har Europa ett underskott av el på vintern och ett överskott på sommaren. Solkraftverk är effektiva på sommaren, men levererar lite el på vintern. Vindkraftverk står ibland still trots att det blåser, för att elnätet i sig inte kan lagra el. Om vi då kan producera grön vätgas av överskottet från sol och vind och lagra denna, kan vi spara energin som vi annars går miste om, säger Thomas Lydhig.

Vätgasen har också potential att minska behovet av till exempel kärnkraft, genom att producera vätgas lokalt. Då krävs inte stora satsningar på elnätet och överföringskapacitet från vattenkraftverken i norr till söder, där behovet är störst. Dessutom kostar det ungefär lika mycket att bygga kraftledningar för el som ledningar för vätgas.

Nollutsläpp för bilar i EU 2035.

I mars 2023 godkände EU en ny lag som innebär att alla nya bilar år 2035 måste ha noll koldioxidutsläpp. Detta kan vara en del i lösningen på de höga priserna som hindrar storskalig produktion av grön vätgas och bränsleceller.

– I dag kostar en normal bilmotor runt 30 000 kronor medan en bränslecell kostar 10-20 gånger så mycket. Att fordonsindustrin tar sig an tekniken kommer att innebära massproduktion av bränsleceller och avancerad teknisk utveckling av produkterna, vilket leder till att priserna kommer att sjunka, säger Thomas.

Potentialen för tyngre trafik, på både väg och vatten, är enorm. Därför satsar företag som Volvo AB och Mercedes-Benz på tekniken. Lastbilsindustrin ser att de vätgasdrivna bränslecellerna kan komplettera batteriteknik genom att hantera längre körningar med snabba tankningar, medan eldrivna lastbilar tar hand om stadskörning.

– Det är stor skillnad på ett fordon som en lastbil, som ligger på en konstant arbetsbelastning på 40–50 % av sin toppeffekt, mot en personbil som bara använder en bråkdel av toppeffekten och ofta inte så många timmar per dygn. För lastbilen är det svårt att ”tanka” stora mängder el på kort tid, men det kan vätgasen lösa med mycket snabbare tankning än motsvarande laddning i ett batteri. Dessutom väger vätgastankar mindre än batterier, säger Thomas.

Samtidigt är verkningsgraden i en elbil betydligt högre, runt 90 %, än bränslecellens 50 %. När elektrolysören skapar el är verkningsgraden i bästa fall 80 %. Men om vätgasen skapas av förnybar överskottsel (som sol och vind) så spelar verkningsgraden mindre roll.

Industrin driver också på utvecklingen. Här har vätgasen spelat en viktig roll i över 100 år, men nu händer det saker i stor skala. Bakgrunden är de gröna målen som företagen behöver möta – ett skifte som kräver stora förändringar.

– Industrin har högra krav på sig att nå klimatmålen och genom att vända blicken till grön vätgas kan de ta stora kliv mot dem. Genom egen produktion av vätgas kan de lagra den och försörja sin verksamhet på egen hand, säger Tommy Ekman, som jobbar som Technical Design Lead på Semcon och har lång erfarenhet av vätgasproduktion.

Självförsörjande hus

För att producera grön vätgas krävs en elektrolysör som försörjs med grön förnybar el. Elektrolysören använder elen för att spjälka vatten till vätgas. Men produktionen kan ge fler fördelar eftersom elektrolysören också producerar syrgas och värme. Syrgasen kan användas i reningsverk medan värmen kan användas till exempelvis fjärrvärme. Det gör vätgastekniken spännande för framtida hus, som inte kommer behöva kopplas samman med elnätet.

– Tänk att du har solceller på taket på en villa och dessutom en elektrolysör, bränslecell och lagring för vätgas. Då kan du under de soliga månaderna fylla dina tankar med vätgas tack vare överskottet av el. Gasen kan du sedan använda under vinterhalvåret, vilket innebär att huset blir självhushållande på el, så kallat off-grid, säger Thomas.

Forskning på bred front

Det forskas på vätgas på många håll och Semcon är inblandade i flera olika projekt som syftar till att utveckla tekniken för vätgasproduktion. Tillsammans med norska Hystar drivs ett projekt med målet att utveckla en än mer effektiv elektrolysör. De svenska bolagen Powercell och Cellimpact är andra exempel på samarbete med mål att ta fram bränsleceller, vilket också fler stora bolag världen över ägnar sig åt.

– Det är fantastiskt att få möjligheten att jobba tillsammans med forskare, vilket vi får genom flera av våra samarbeten. De är kompromisslösa och vill ha den bästa lösningen på allting. Det vi bidrar med handlar mycket om förståelse för och kunskap om att ta en idé från forskning till en produkt som kan massproduceras och säljas. Vi bidrar också med vår höga detaljkunskap om hur de här teknikerna fungerar, säger Tommy.

150 % mer effektiv elektroylsör

Hystar är intressant eftersom projektet startade som just ett forskningsprojekt, där Semcon varit med från början. Tommy är tekniskt ansvarig för projektet på Semcon, som har handlat om att utveckla en stack med 200 celler (våningar) på varandra. Det banbrytande är att teamet lyckats skapa en elektrolysör som är 150 % mer effektiv än föregångarna.

– Hystars elektrolysör är unik och effektiviteten beror till stor del på att de inte är villiga att ta några genvägar. Att de sedan kan använda samma typ av membran som bränsleceller gör att steget till storskalig produktion blir lätt att ta, säger Tommy.

Från koncept till verklighet

I dag jobbar Semcon med vätgas på flera sätt. Det handlar dels om att utveckla och optimera bränsleceller och elektrolysörer, men också om produktutveckling och automation. Simulering är ett annat viktigt verktyg där Semcon bidrar med kompetens, vilket leder till billigare och effektivare produktutveckling. Örjan Kjellstenius är ingenjör på Semcon och sakkunnig inom vätgas.

– Många fastnar i konceptstadiet när det kommer till sådana här projekt, helt enkelt för att det krävs kunskap som akademin saknar. På Semcon jobbar vi brett med den här tekniken och kan koppla in olika experter när våra kunder behöver det, säger Örjan.

Nästa steg: en effektiv massproduktion

Vätgasen är på frammarsch och den behövs. Det handlar inte bara om att en ny bransch växer fram, utan om en viktig del av lösningen på klimatutmaningarna. Tekniken finns och är redo att användas, men först måste kostnaderna minska. Tommy, Örjan och Thomas är alla överens om att lösningen på det är en kombination av subventioner och att industrin, med fordonsindustrin i spetsen, börjar satsa alltmer på vätgas.

– Vi behöver få till en effektiv massproduktion för att få ner kostnaderna. Produkterna är inte färdiga, de kommer alltid att fortsätta utvecklas. Men de har nått en tillräcklig mognadsgrad för att börja serieproduceras. Själva stackarna består, förutom några dyrbara metaller, mest av plåt som ska pressas, svetsas och monteras. Jag tror att utvecklingen kommer att accelerera snabbt och att vätgas inom tio år är en viktig del av samhället, säger Örjan.