Vad är vätgas?
Vätgas är ingen energikälla i sig själv, utan precis som elektricitet är det en energibärare. Man kan därför inte säga att den är förnybar, fossilfri eller fossil – den kan vara allt detta, helt beroende på hur den tillverkas. 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 dock 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 och det bildas också värme i processen som kan tillvaratas.
Vad är vätgas och hur kan den bidra till Sveriges klimatomställning?
För att kunna ställa om Sveriges energisystem, och nå nettonollutsläpp år 2045, behöver vi öka produktionen av fossilfria energikällor. Här kan vätgas spela en viktig roll. Men vad är vätgas egentligen? Hur framställs det? Och vad kan det användas till?
Hur tillverkas vätgas?
De vanligaste sätten att tillverka 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.
Vad kan vätgas användas 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 och den kan 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, t.ex. 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.
I Sverige har vätgasens roll hittills inte varit självklar men i takt med att EU valt att investera stort i vätgasen har också intresset ökat i Sverige.
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.
Läs mer om Unipers projekt Project Air där Uniper kommer att producera vätgas som kemiföretaget Perstorp kan använda i sin produktion. Totalt kan utsläppen minska med 500 000 ton koldioxid om året.
Tunga transporter
För personbilar och för lättare transporter är el en bra lösning. Men för fartyg, tunga lastbilar samt flygplan är batterier med tillräcklig kapacitet både för tunga och för dyra. Om man kombinerar biogen koldioxid med fossilfri vätgas kan man tillverka så kallade elektrobränslen, till exempel eMetanol som kan användas i en förbränningsmotor. Biogen koldioxid kommer från kolatomer som ingår i ett kortare kretslopp, till exempel baserat på skogsrester eller andra biologiska material.
Läs mer om Unipers arbete med Liquid Wind för att producera eMetanol till tunga transporter. Totalt kan utsläppen minska med 100 000 ton koldioxid om året.
Läs mer om Unipers projekt BotnialänkenH2 tillsammans med ABB och Luleå Hamn som bland annat är tänkt att producera vätgasbaserade fartygsbränslen.
Energilagring i elsystemet
I takt med att andelen intermittent och väderberoende elproduktion i elsystemet ökar, ökar också behovet av lagring som kan jämna ut mellan toppar och dalar i produktionen. I nuläget fungerar vattenkraftens dammar som stora batterier som kan släppas på och bromsas när behovet uppstår. I framtiden kommer vattenkraften inte att räcka till, och då behövs andra lösningar.
Genom att koppla en elektrolysör till ett kraftverk och producera vätgas när det finns ett överskott av el i systemet kan elproduktionen optimeras utifrån marknadens behov. Vätgasen omvandlas sedan till el igen när elbehovet är större än produktionsförmågan. En utmaning är att verkningsgraden blir låg eftersom elen först ska omvandlas till vätgas, och sedan tillbaka till el igen. Därför gör Uniper bedömningen att det inte blir någon storskalig användning av vätgas i elsystemet förrän om några decennier.
Uniper och vätgas
Uniper är idag en av Europas ledande aktörer inom vätgas och vi arbetar även med flera innovativa vätgasprojekt i Sverige. Just nu görs många framsteg på vätgasområdet som i framtiden kan lägga grunden till ett fossilfritt samhälle.
Uniper har flera vätgasanläggningar som redan är i drift.
Elektrolysanläggningen i Hamburg har en effekt på 1,5 MW och producerar vätgas som levereras till det lokala gasnätet.
Elektrolysören i Falkenhagen är världens första pilotanläggning för att lagra vindkraft i det vanliga naturgasnätet. Energi från vindturbiner omvandlas i anläggningen genom elektrolys till vätgas som sedan matas in via en pipeline till naturgasnätet. På detta sätt kan energin från vindkraften lagras och vara tillgänglig för el-, värme- och transportmarknaderna. Under pilotprojektets första år matades 2 miljoner kWh vätgas ut i gasnätet i Tyskland.
Anläggningen i Falkenhagen har även byggts ut med en metaniseringsanläggning som producerar fossilfri metan för användning i naturgasnätet.
Unipers satsningar på vätgas
Även i Sverige satsar Uniper på vätgas som ett verktyg för en omställning till fossilfrihet. 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.
Project AIR är ett samarbetsprojekt mellan Uniper och kemiföretaget Perstorp. Uniper kommer att leverera vätgas till den metanolanläggning som Perstorp ska bygga i Stenungsund. Elektrolysören kommer att ha en kapacitet på 25 MW, vilket gör den till en av de största i Europa. Tack vare den fossilfria vätgasen beräknas koldioxidutsläppen sänkas med cirka 500 000 ton om året.
Uniper är även den tredje största ägare i bolaget Liquid Wind som ska tillverka elektrobränslet eMetanol baserat på vätgas som tillverkas av vindkraftsel och biogen koldioxid. Den första anläggningen är planerad att byggas i Örnsköldsvik och är tänkt att stå klar år 2023/24. Anläggningen kommer att producera 50 000 ton eMetanol per år och beräknas sänka koldioxidutsläppen med 100 000 ton per år.
BotnialänkenH2 är ett intressant framtidsprojekt som Uniper driver tillsammans med ABB och 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.
Vätgas i Sverige
Sverige ligger efter i den globala och europeiska vätgasutvecklingen. Tidigare har det saknats en genomarbetad strategi för vätgasen i Sverige. Regeringsinitiativet Fossilfritt Sverige tog 2020 fram en vätgasstrategi som nu ligger till grund för det arbete som Energimyndigheten gör på regeringens uppdrag för att ta fram en svensk vätgasstrategi – som det nu finns ett förslag till.
För att en svensk vätgasstrategi ska ge vätgasen goda förutsättningar behöver regeringen förhålla sig till ett antal avgörande vägval. Ett handlar om geografi och satsningar på infrastruktur. Ett andra vägval tar upp teknik och behovet av teknikneutralitet. Medan ett tredje vägval berör finansiering och marknadsmodeller. Den viktigaste principen är att all fossilfri vätgas ska behandlas lika.
Uniper ser ljust på vätgasens utveckling de kommande åren, men många utmaningar återstår att lösa. Följ med på vår och vätgasens resa!
Project Air
Ett initiativ för att producera hållbar metanol som ska ersätta den fossila metanolen på en stor kemikalieanläggning i Sverige.
Relaterat innehåll
I det svenska elsystemet är vattenkraften idag den största förnybara energikällan, och svarar för cirka 45 % av den svenska elproduktionen.
Gasturbinerna i störningsreserven används när ett plötsligt produktionsbortfall inträffar i ett baskraftverk och styrs av Svenska kraftnät. Dess primära roll är att hantera olika former av störningar som uppstår i elsystemet.
På grund av låga elpriser och alternativ värmeproduktion i Malmö-området, har Öresundsverket inte varit tillgängligt för elmarknaden sedan 2017.