Vätgas – framtidens energibärare

Utvecklingen av den fossilfria vätgasen går snabbt. Fastän vätgasens potential och förhållandevis rena energi har varit känd sedan 1700-talet är det först nu som storskalig produktion av vätgasanläggningar kommit igång. I Sverige pågår flera pilotprojekt.

Vätgas är ett förnybart energislag som endast släpper ut vatten i form av ånga. Det största och vådligaste problemet uppstår när vätgas går ut i luften. Den blir då brandfarlig. Väte och syre bildar så kallad knallgas.

Därför behövs högeffektiva detektorer och sensorer; instrument som kan mäta halten vätgas i atmosfären. Ett forskarteam vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg har tagit fram en sensor, den första i sitt slag, som motsvarar de rigorösa krav som måste ställas på exempelvis vätgasbilar.

– Vi har inte bara tagit fram världens snabbaste vätgassensor, utan också en sensor som är stabil över tid och inte avaktiveras. Till skillnad från dagens vätgassensorer behöver den här inte kalibreras om lika ofta, eftersom den skyddas av plasten, säger Ferry Nugroho, forskare på Institutionen för fysik vid Chalmers, i ett pressmeddelande.

Sensorn bygger på plasmoner som ändrar färg efter mängden vätgas. När nanopartiklar i metall belyses sker ett optiskt fenomen: de fångar samtidigt upp ljus på en viss våglängd. Den optiska sensorn består av miljontals sådana partiklar med en legering, en blandning av palladium och guld, som suger upp vätgasen lika effektivt ”som en disktrasa”, enligt pressmeddelandet. Effekten blir att sensorn ändrar färg efter vätgashalten i omgivningen.

– Mängden vätgas i vår utandningsluft kan ge svar om till exempel inflammationer och födoämnesintoleranser. Vi hoppas att våra resultat ska kunna användas på bred front. Det här är så mycket mer än en vetenskaplig publikation, säger Christoph Langhammer, biträdande professor på Chalmers Institution för fysik, efter att teamet fått artikeln ”Metal – Polymer Hybrid Nanomaterials for Plasmonic Ultrafast Detection” publicerad i Nature Materials.

Högeffektiva vätgassensorer efterfrågas för såväl elnätet som inom kemi- och kärnkraftsindustrin. Chalmers ligger också i framkant vad gäller större vätgasanläggningar. I samarbete med Università di Bologna och Siemens Industrial Turbomachinery ingår högskolan i projektet ZEHTC (Zero Emission Hydrogen Turbine Center) som finansieras av Energimyndigheten via programmet ERA-Net Smart Energy System.

En vätgasanläggning med ett enligt egen utsago utsläppsfritt energisystem ska på byggas i anslutning till Siemens gasturbinverkstad i Finspångs kommun.

– Markarbetena beräknas börja i slutet på sommaren 2020. De större komponenterna beräknas anlända till Finspång början av 2021, berättar kommunikatören Madeleine Davidsson vid Siemens Energy för Miljömagasinet.

Det kompletta systemet ska, förutom vätgaslagring, omfatta elektrolysörer, solpaneler, batterier, el- och rördragning samt kontrollutrustning att kopplas till den befintliga testanläggningen för gasturbiner i mikronät.

– En gasturbin går även att köras på andra fossilfria bränslen som biogas och biodiesel vilket gör den flexibel för framtiden. Men den stora fördelen med vätgas är att den är helt koldioxidfri vid förbränning, samtidigt som bränslet lämpar sig väl för energilagring, säger civilingenjör Åsa Lyckström vid Siemens Energy till tidningen Ny teknik.

ZEHTC-projektet syftar till att demonstrera hur energilagring i vätgas såväl som i gasturbiner kan samverka i och optimera ett komplext fastän hållbart energisystem samt, så småningom, utgöra en del av makronätet. Östergötland, som landskap, har sagt att växthusgasutsläppen ska ha minskat med 85 procent från år 1990 till 2045. En av huvudkomponenterna för att nå det målet är ZEHTC. Även i Gävle hamn är en liknande anläggning på gång.

Vätgasanläggningar kan utgöra en annan viktig kugge i energimaskineriet vid kärnkraftsavvecklingen genom att vara den buffert eller ackumulator som behövs när solen inte lyser och vinden inte blåser. I dag är den svenska energiförsörjningen helt beroende av kärn- eller vattenkraft. Den första är direkt farlig och den andra miljöförstörande. Ingendera energikälla är särskilt ren eller hållbar.

Gasturbinen kan både generera el och balansera andra energislag, som sol- och vindkraft, samt verka som en stabilisator i elnätet. Vätgasens potential togs upp i Vetenskapens värld (”Energirevolutionen”, SVT 6/4-20) men gavs inte hälften så mycket utrymme som minireaktorer för kärnkraft. Vilket väckte anstöt i klimatkretsar.

Vätgasens potential har varit känd länge: År 1783 visade engelsmannen Henry Cavendish att endast vatten kommer ur vätgasförbränningen; året efter lyckades fransmannen Antoine Lavoisier framställa vätgas ur vattenångan, alltså omvänt; det var han som namngav den brännbara gasen hydrogen, ”jag genererar vatten”.

”Vätgas kan användas för att lagra, transportera och tillhandahålla energi. Flexibiliteten är stor eftersom vätgas kan produceras ur alla typer av energikällor”, skriver branschorganisationen Vätgas Sverige på sin hemsida. Fastän vätgasens klimatpåverkan är låg är den inte helt problemfri och miljövänlig. Vattenångan som frigörs vid förbränningen är het och bidrar till den globala uppvärmningen.