Text: Michael Jensen, energijournalist
2020 blev året då ordet ”vätgas” kom på allas läppar inom energibransch, politik, transport och även bland vanligt folk. Hittills var vätgas för de flesta något vi lärde om i skolans fysikundervisning och ibland hörde nördiga vetenskapsfolk prata om till en fjärran framtidsmelodi medan livet gick vidare, och vi tankade bilen med bensin och diesel hämtat djupt under öknens sand eller Nordsjöns vågor. Men nu har detta första grundämne i periodiska systemet omsider gått mainstream och alla som på något sätt är involverade inom energi eller tillhörande politik pratar nu vätgas från morgon till kväll.
Enligt Sveriges officiella och vidtagna klimatstrategi måste samhället och i synnerlighet energisektorn bli klimatneutrala och inte släppa ut mer växthusgaser än planetens ekosystem naturligt kan återuppta på ett så sätt att planetens klimat inte fortsatt påverkas negativt.
I strategin ingår det att Sverige innan 2045 måste ha netto noll utsläpp av växthusgaser inom alla sektorer från lantbruk, industri, transport, bostäder, till tjänster och offentlig sektor. Än så länge har taktiken varit att byta ut så många fossila energikällor som möjligt med förnybar energi i form av elektricitet producerad från vattenkraft, vind och sol samt termisk energi producerad från obehandlad biomassa som tex ved, skogsrestprodukter, halm med mera men också förädlade biomassaprodukter som tex biogas, biodiesel och etanol som användas inom industri, livsmedelproduktion och transport.
Men att ställa om hela samhället från primärt fossilbaserad energi till förnybart och klimatneutralt är en gigantisk utmaning. Sverige har en bra utgångspunkt inom tex elproduktion där vi ligger i absolut första ligan när det gäller koldioxidutsläpp per producerad kilowattimme. Bara 40 gram CO2 släpps ut i genomsnitt jämfört med tex Polen som släpper ut mer än 800 gram CO2 per kilowattimme.
Vi kan tacka kärn- och vattenkraften för denna berömliga placering. Även inom transportsektorn har vi nått långt, där runt 20 procent av transportarbetet utförs med förnybara drivmedel som tex biogas, biodiesel och etanol använd antingen som 100 procent förnybart bränsle eller iblandat de fossila drivmedlen.
Omöjligt att klara omställning bara med el och biomassa
Men det är långt till målet ännu och vi kommer inte fram uteslutande med nuvarande taktik. Särskilt inom transport och industri kan inte allt elektrifieras eller ersättas med biobränslen.
I ståltillverkning, som exempel, är många processer beroende av fossila ämnen som ingår i själva produktionen som en kemisk katalysator och inte bara som termisk energi till uppvärmning.
Men också inom livsmedelproduktion finns känsliga processer som måste utföras med gasvärme, det gäller tex kafferostning. Här kan biogasen (biometan) utmärkt ersätta fossila gasen medan i ståltillverkningen används så mycket energi, att det inte kan produceras tillräckligt med biomassa-baserade bränslen, som i övrigt inte har de nödvändige egenskaper för att tillverkningen ska lyckas.
Lyckligtvis har man nu utvecklat en ny tillverkningsprocess, där biobränslen tillsammans med elektricitet och vätgas kan framställa stål och järn i den önskade kvalitén från svensk malmråvara. Denna unika process kallas HYBRIT och är utvecklad i samarbete mellan svensk forskning och stålindustrin. Det förväntas att uppemot 10 procent av Sveriges samlade CO2 utsläpp kan undvikas med denna nya metod som redan är undervägs i olika pilotanläggningar runt om i Sverige.
Elektrifieringen av transportsektorn är i full gång och nya laddstolpar till elbilar, elbussar och ellastbilar monteras varje timme på nya platser runt om i Sverige. Men långt ifrån allt transportarbete kan elektrifieras på ett vettigt sätt.
Självklart är redan en stor del av svenska järnvägsnätet redan elektrifierat på grund av framsynt transportpolitik och de förut rikliga mängderna av billig högkvalitet el från kärn- och vattenkraft.
Elnätet utmanas av förnybar energi och ökade behov
Tyvärr är elen inte så riklig längre och kapaciteten utmanas efterhand som kärnkraften läggs ner. De stora reaktorerna producerar inte bara stora mängder el men fungerar också som frekvensstabilisatorer som medverkar att fasthålla ett stabilt och pålitligt elnät. Av olika skäl är kärnkraften, även om den räknas som klimatvänlig, på väg ut och den måste ersättas av annan klimatneutral elproduktion.
Vattenkraften kan byggas ut men bara i en vis mån om vi inte ska skada naturmiljön och landskapen och då återstår för nuvarande bara vind, sol och biomassa… och numera vätgasen.
Vätgasen är inte en energikälla i sig själv men en energibärare i likhet med elen. Den stora fördelen med vätgas är att den kan lagras i princip i obegränsad mängd ganska olik elen som det bara går att lagra begränsad tid eftersom de olika lagringstyperna, primärt batteriteknologier, har låg kapacitet per rums- och viktenhet och är dyra. Batterier kommer att få stor betydelse som frekvensstabilisatorer och korttidslager till säkring av nätkapacitet, -balans och utjämning av kortvariga variationer i belastning och elproduktion men då är det tal om timmar inte variationer över dagar, veckor eller säsonger.
Det är också dyrt att anlägga produktions- och lagerfaciliteter för vätgas men när först anläggningarna till produktion, lagring och distribution finns på plats är det relativt enkelt och billigt att bygga ut kapaciteten och att tillverka vätgasen beroende på det aktuella elpriset. Fördelen med vätgas är att den är flexibel och kan produceras med elektrolys i takt med tillgängligheten av överskotts-elproduktion. Vindkraftverk och solcellsanläggningar producerar ojämnt och producerar bara vid full kapacitet en del av tiden. Det gäller också vattenkraften men där är det oftast variationer över veckor och månader som det går att planlägga efter.
Vind och sol är oförutsägbara energikällor och vi måste ha tekniker på plats till att säkra tillräcklig kapacitet och effekt i elnätet till alla tider. Som det är nu tål elnätet bara en begränsad mängd el från vind och sol om nätfrekvens och stabilitet ska upprätthållas.
Det som kommer att behövas i framtidens elnät är ett mellanlager som tar bort produktionsvariansen över timmar, dagar, veckor och säsong och kan tillmötesgå olika belastningar från elförbrukningen inom samma tidsrum. En kombination av batteriteknologier till korttidsvariation och vätgas till de längre variationerna kommer att bli lösningen. Också biogas och biomassa i lokala kraftvärmeverk kommer att spela en roll i säkringen av regional och lokal nätbalans men kan inte kompensera för de stora variationerna i effektuttag som kommer att förekomma från en allt mer elektrifierad industri- och transportsektor.
Den versatila vätgasen
Vad är då den stora fördelen med vätgas? Den kan produceras på plats där den behövs genom elektrolys av vatten och kan lagras på samma plats men den kan också distribueras via pipeline, tankbil, tåg eller skepp till annan lagringsplats eller slutanvändning i industri, till fordonstankning eller ytterligare kemisk förarbetning till syntetiska bränslen som t.ex. e-metanol, e-jetbränsle, eller så den kan ingå i uppgradering av biogas till biometan eller som processkemi i framställning av biodiesel eller biojetbränsle. Vätgasen kan också användas i gasturbiner som producerar elektricitet med stor flexibilitet eftersom de kan startas upp på kort tid och sen också stoppas inom kort för att tillmötesgå ökade effektbehov i elnätet. Vätgasen kan då användas i ren form i gasturbinerna eller iblandad biogas.
Är vätgas en ren och klimatneutral energibärare? Ja, förutsatt att den produceras vid elektrolys som använder el från klimatneutrala och utsläppsfria energikällor som sol, vind, kärnkraft och vattenkraft. Om man använder el från fossil eller delvis fossil elproduktion är den ju mycket belastande för klimatet.
Mesta vätgasproduktion är ”grå” inte ”grön”
I dag produceras den mesta vätgasen från fossil naturgas via en termisk reformeringsprocess, där kolmolekylen i metanen skiljs från vätemolekylerna. I denna process binder den frigjorda kolmolekylen med luftens syre och bildar koldioxid, en växthusgas. Det frigjorda vätet bilder då vätgas som är produkten man önskar. Ungefär 95 procent av all vätgas som produceras i världen i dag görs med denna metod som utgör en stor klimatbelastning. I en framtid där vi använder mycket vätgas kan den fortsatt produceras med denna metod men göras klimatsmart genom att lagra den separerade koldioxiden permanent på olika sätt tex genom att binda den kemisk med mineraler under jorden eller pumpa ner den i uttömda gas och oljefält.
EU sätter kurs och fart
Under 2020 har vätgasen fått enorm uppmärksamhet särskilt i EU och därmed också i Sverige. Här måste vi följa EU-kraven inom klimatarbetet samt Parisavtalet som innebär markanta sänkningar i utsläppen av växthusgaser. Efterhand som arbetet pågår inom alla samhällets områden kommer det gå upp för politikerna, regeringen, kommunerna och industrin att vi inte når målet uteslutande genom elektrifiering och utbyggnad av de kända förnybara energikällorna.
Det är helt enkelt inte möjligt som tidigare påpekats här, att ersätta alla fossila bränslen på ett vettigt sätt på en gång. Energisektorn har varit under utveckling i decennier och vi har inriktat vår industri, transport och samhälle till de unika teknologier som använder fossila bränslen i synnerlighet inom vägtransport, luftfart, lantbruk, råvaruutvinning, skogsbruk, gruvdrift, tillverkningsindustri, sjöfart och mycket annat.
Omställningen har börjat och vi kommer som sagt långt med elektrifiering men särskilt långdistanstransport och mycket energikrävande industri och råvaruproduktion har behov av så pass koncentrerade bränslen, att batterier inte alltid löser problemet. Där kommer biobränslen som biodiesel och biogas in i bilden men dessa kan inte lösa hela uppgiften, särskilt inte när det gäller långdistanssjöfart, luftfart och vägtransport. Det finns inte tillräckligt av biomassa till att täcka behovet. Vi importerar redan 85 procent av biobränslen och kan inte försvara att använda ytterligare av dessa bränslen som inte alltid produceras på ett hållbart sätt. En del går att komplettera med inhemsk biomassa men även den är begränsad i förhållande till behovet.
Det fossilfria Sverige
Därför har svenska regeringen tidigare sjösatt initiativet ”Fossilfritt Sverige”, där olika aktörer i samhället såsom industri- och tjänstebranscher, regionstyrelser, kommuner och intresseorganisationer med regeringsadministrationen som koordinator kommer med inspel i form av ”färdplaner” för deras områden, där de utvecklar hur de tänker att övergå till fossilfritt. Fossilfritt Sverige (FS) utarbetar på bakgrund av dessa färdplaner, överordnade strategier som energiområden behöver möta för att gå i mål. Just nu håller FS på med tre strategier som kommer att få stor betydelse för energisektorns utveckling i Sverige. De tre insatsområden är (inte i prioriterat räckföljd):
- Biomassa och biobränslen
- Batterier
- Vätgas
Tittar man bara två år tillbaka var vätgas fortfarande mycket perifert i svenska energiplanläggningen och bortsett från enstaka försöks- och pilotprojekt var det mycket tyst kring vätgas i riksbudgetens styrmedel till energiprojekt, men nu kommer den att få plats inte minst för att EU i juli 2020 defi nierade konkreta strategier för vätgas och energiintegration. Strategierna understöds med miljarder av euro som utdelas som styrmedel till blland annat vätgasprojekt i medlemsländerna.
Även om intresset för vätgas ökat kraftigt under sista året tycker intresseorganisationen Vätgas Sverige, att Sverige har kommit i gång för sent. Verksamhetsledare Björn Aronsson som är vd på Vätgas Sverige säger:
– Det var mycket olyckligt att utse vätgas till endast ett bevakningsområde efter MISTRA-satsningen för tio år sedan. Det har gjort att vi tappat mycket i positionering mot vår omvärld och lett till många uteblivna arbetstillfällen. Nu görs en försiktig uppstart igen med mer forskningssatsningar, men det återstår ytterligare några nivåer för att kunna konkurrera med satsningarna i till exempel Asien. I dag är Aronsson trots allt mer optimistisk kring vätgasens möjligheter i Sverige än tidigare men understryker:
– Det är viktigt att politikerna börjar intressera sig för vätgasens potential på allvar. Det har skett ett trendbrott under det senaste året, då politiker efterfrågar kunskap om området, men det behöver också resultera i handling med riktade satsningar. Det kom nu för första gången vätgasmedel med i höstbudgeten, vilket ju är mycket positivt, men de är inte allokerade så att man klart ser att det ger ett utfall för vätgas och det är fortfarande mycket svårt att få medel till vätgas i till exempel Klimatklivet.
Branschorganisationen Energigas Sverige har levererat en färdplan till Fossilfritt Sverige som beskriver hur gassektorn i Sverige ska bli fossilfri framemot 2045.
Färdplanen togs fram 2019, före EU:s vätgasstrategi och innan vätgasen på allvar kom upp på energiagendan i Sverige. Därför fokuserar färdplanen på andra energigaser i den här första versionen, men färdplanen kommer att uppdateras och kompletteras redan 2023, eftersom det händer mycket inom gassektorn nu. Avdelningschef Anna Wallentin från Energigas Sverige bedömer att vätgasen kommer att få en signifikant roll i Sveriges energiomställning:
– Det blir en spännande process och vi tror och hoppas att vätgasen kommer att skapa många nya möjligheter. Framförallt kommer vätgas att ha stor betydelse som möjliggörare för elektrifieringen. Det finns förstås många viktiga knäckfrågor som kommer att behöva lösas.
Produktionen av förnybar vätgas måste öka och den måste ske till konkurrenskraftigt pris. Diskussionerna om förnybar, eller grön, vätgas handlar nästan alltid om vätgas som producerats via elektrolys. Men grön vätgas kan också vara vätgas som produceras från biogas. Det kommer att behövas olika statliga stöd för att få igång en storskalig produktion av grön vätgas. Revideringen av EU:s statsstödsregler blir mycket viktiga ur den aspekten.
– Om vätgas ska kunna transporteras över längre avstånd behöver distributionen av vätgas lösas. Man kommer att behöva fundera på om vätgasen ska transporteras i ett separat nät eller samdistribueras med metan i befintliga gasnät. Det kommer i det sammanhanget att vara viktigt att beakta att vissa industrier, till exempel, kemikalieindustrin, använder metan som råvara och då vill hålla den så ren som möjligt. Initialt tror vi att satsningar kommer att göras på vätgaskluster där produktion av förnybar vätgas finns nära förbrukaren.
Förutom satsningar på produktion och distribution behöver det förstås också bli attraktivt att använda vätgasen i flera sektorer där det finns fossila bränslen som behöver bytas ut mot förnybart. I det sammanhanget kommer frågan om hur vätgas ska beskattas att vara viktig. Det gäller både hur vätgasen ska hanteras inom ramen för nuvarande regelverk och hur den ska hanteras i kommande revidering av Energiskattedirektivet slutar Anna Wallentin.
Vätgasprojekt på gång i Sverige
Redan i dag pågår flera intressanta vätgasprojekt runt om i Sverige via egna initiativ och egna investeringar samt generella EU styrmedel till energiprojekt. Ett exempel är Liquid Wind som producerar så kallad e-metanol på basis av grön vätgas producerad via elektrolys med el från förnybara källor samt koldioxid infångat från avgaserna från Övik Energis kraftvärmeverk Hörneborgsverket. Liquid Wind förväntar att uppemot 50 000 ton e-metanol kan produceras på detta sätt och därmed spara utsläpp på mer än 100 000 ton koldioxid från fossila bränslen som e-metanolen kan ersätta på olika sätt t.ex. som bränsle inom transportsektorn. Koldioxiden som infångas kommer från biomassa som eldas i kraftverket och är därmed i utgångspunkten redan klimatneutral och därför kan även e-metanolen också räknas som klimatneutral.
Bland andra initiativ kan nämnas Volvo Lastbilar som har ingått avtal med tyska Daimler om gemensam utveckling av vätgas-bränsleceller till långdistanslastbilar och detta samarbete förväntar man sig mycket av i båda bolagen. Lastbilarna kommer kunna gå minst 1 000 km på en tankning och tankas på 10–15 minuter, ungefär samma tid som det tar med diesel i dag. Om vätgasen är producerad med förnybar energi så kallad grön vätgas, är transporten utsläpps- och fossilfri eftersom bara vattenånga är restprodukt i bränslecellen, när den omsätter vätgasen till elektricitet som driver lastbilens elmotor och övriga funktioner som till exempel lastkylning.
Alla som bor i Sverige och de andra EU länderna kommer givetvis att lära sig mycket mer om vätgas under de kommande åren och vi kommer att se många projekt också inom bostäder, där ö-drift eller off -grid-drift är en växande trend med villor och även större byggnadskomplex som kommer att vara självförsörjande med energi från solceller och säsonglagring av vätgas till energibehoven under vintermånaderna. Ett exempel på sådan ö-drift är Kronoparkens förskola i Mariestad som blir alldeles självförsörjande med energi året runt på basis av solceller och vätgaslagring.
Norr om Polcirkeln, i Skellefteå, fi nns ZeroSun-projektet som drivs av Skellefteå Kraft. Trots projektets namn är det tal om en villa som drivs av solens energi året om. ”ZeroSun” refererar till att husets energibehov täcks av solen även på vintern när solen i stort sett är borta i december och januari och mycket begränsad från oktober fram till mitten av mars. På vintern används vätgas som lagrats under de många ljusa timmarna på vår, för- hög- och sensommar. Solceller driver då spjälkning av vatten till väte och syre via elektrolys och vätet sparas som vätgas i ett dedikerat högtryckslager.
Ovan nämnas bara ett urval av projekten som är på gång, också det tidigare nämnda svenska stålprojektet HYBRIT tål att repeteras här. En sökning på nätet avslöjar att mycket är på gång och under utveckling – i Sverige och i världen.
Europeiska flygplanproducenten Airbus har också planer med vätgas. Även om batterier kan användas vid kortare flygdistanser är till exempel transatlantiska resor inte möjliga och här kommer vätgas in i bilden. Första vätgasflygplanen från Airbus förväntas komma i kommersiell drift 2035.
För och emot vätgas i en fossilfri framtid
Finns det inga nackdelar med vätgas? Absolut, det finns många men inga som uppväger fördelarna sett i ljuset av de fossila alternativ och de begränsningar som ren elektrifiering och biomassan har. Vätgas-teknologin är dyr, komplex och ställer stora krav på säkerhet kring trycksatta lager, pipelines och lastbildistribution. Det finns också många energiförluster i produktions-, distributions- och användningsfasen. Trots detta är den förmodligen det enda trovärdiga alternativet till fossila bränslen när det gäller storskalig lagring och stora långvariga effektuttag till olika ändamål inom industri och transport. Dessutom är vätgasen en mycket flexibel energiråvara i och med att den både kan användas ren i en termiskförbrännings-process. Där ersätter den till exempel naturgas direkt i vissa applikationer, eller inblandad biogas i ett kraftvärmeverk. Den kan användas till uppgradering av biogas till biometan som tex plastproduktion eller inom livsmedelsindustrin. Vätgasen kan som bekant och tidigare nämnt här i denna artikel också användas i specialutvecklade processer inom stålindustri som ersättning för fossilt kol. Den kan vidare användas i megawatt eller kilowattskala i bränsleceller som levererar elektricitet med vatten som enda restprodukt eller den kan användas som processkemi i framställning av biobränsleprodukter som till exempel HVO-diesel.
Ytterligare används den i kemisk syntes med kväve till framställning av ammoniak och gödsel samt i syntes med koldioxid till framställning av e-metanol, en alkohol som kan fungera som bränsle i sig själv eller ingå i olika kemiska produkter samt också här som processkemi i biobränsleraffi nering.
I många av dessa ovannämnde processer har man tills nu använt så kallad ”grå” vätgas framställd från fossil naturgas. I framtiden ska vätgasen naturligtvis bli ”grön” liksom när den används direkt i olika energiapplikationer istället för fossila bränslen.
Användningsområdena för vätgas är många och fördelarna uppväger rikligt nackdelarna när vi nu för alltid är tvungna att fasa ut de fossila bränslena för att möta klimatkrisen.
