Vätgas - användning

Publicerad: 2023-10-26

Vätgas är en energibärare med många olika användningsområden

I Sverige används ungefär 180 000 ton vätgas per år (cirka 6 TWh), främst i raffinaderier (72%) och som råvara inom kemisk industri (27%). Resten (1%) utnyttjas i metallurgiska processer eller som drivmedel.

Vätgas har många användningsområden, men orsaken till att den fått mycket uppmärksamhet de senaste åren är framför allt olika industriella tillämpningar där användning av fossila insatsvaror förväntas reduceras kraftigt. Det pågår även utveckling inom fordonsbranschen och energilagring, områden där vätgas kan spela en avgörande roll, men där kommersialisering i stor skala dröjer något.

Industriella processer

Redan idag används stora mängder vätgas som förbrukningsvara inom exempelvis petrokemi eller ammoniakframställning, men förbrukningen väntas öka markant i framtiden. Störst användning inom industrin förväntas i norra Sverige samt längs västkusten (kemiindustri). I Norrbotten planeras bland annat omfattande användning av vätgas för fossilfri framställning av järnsvamp som ersättning för dagens användning av stenkol vid reduktion av järnmalm. Det finns även planer för en konstgödsel- och ammoniakfabrik där ammoniaken ska framställas med hjälp av vätgas. Ytterligare lokala tillämpningar är sannolika, men utgör då en mindre del av industrins totala vätgasförbrukning i landet.

Energilager/elgenerering

De senaste åren har elmarknaden varit turbulent med extremt volatila priser i framför allt södra delen av Sverige. Priser påverkas alltid av tillgång och efterfrågan, vilket gör att det exempelvis oftare är billigare på natten då efterfrågan är lägre än då industrier kör för fullt. Även tillgång varierar beroende på exempelvis vattentillgång, vindar, revisionsavstängningar och haverier, men efter det ryska anfallskriget mot Ukraina har även det starka fossilgasberoendet inom energiförsörjningen blivit väldigt tydligt i framför allt Centraleuropa. Den snabbt påtvingade omställningen från rysk naturgas har periodvis påverkat även de svenska elpriserna, då vårt elsystem är sammankopplat med kontinenten.

En faktor som tros påverka elpriset alltmer framöver är kraftig utbyggnad av väderberoende elproduktion. Sannolikt kommer bra produktionsförhållanden för sol- och vindkraft sammanfalla med låga elpriser samtidigt som det kan uppstå brist vid mindre gynnsamma betingelser. För att inte sälja till låga eller kanske t.o.m. negativa priser är ett alternativ att producera vätgas. Det skulle kunna påverka lönsamheten på två sätt – dels minskar tillgänglig elproduktion, vilket torde öka priser, dels kan vätgas produceras då elen är billig. Om detta blir en lönsam affär beror huvudsakligen på möjligheter att få avsättning för producerad vätgas samt drift- och investeringskostnader för vätgasproduktionen. Ytterligare ett alternativ är att producera el från vätgasen då elpriserna är högre, d.v.s. att använda vätgas för att lagra energi. Vätgas har sämre verkningsgrad än batterier, men kan å andra sidan lagra större mängder energi under längre perioder. Den senare varianten förutsätter att det finns tillräckliga lager att tillvarata vätgasen och att det finns bränslecell för elproduktion, vilket kräver ytterligare investeringar och underhållskostnader.

Både produktion av vätgas och produktion av el från vätgas medför förluster, den totala systemverkningsgraden är cirka 30%, vilket innebär att elpriset måste variera med en faktor på minst tre enbart för att täcka den rörliga kostnaden om omvandlingen el-vätgas-el ska bli lönsam. För att täcka investerings- och underhållskostnader måste prisvariationerna vara betydligt större. Kan elen användas inom den egna verksamheten, exempelvis inom ett fabriksområde, kan kalkylen bli mer gynnsam då man kan räkna bort överföringsavgifter etc.

Vätgaslager i kombination med bränsleceller/gasturbiner kan vara intressant sett ur ett beredskapsperspektiv.

För att öka möjliga intäkter kan aktörer delta på en elsystemmarknad, antingen en lokal kapacitetsmarknad eller Svenska kraftnäts stödtjänster för att stabilisera elnätets frekvens. Vätgasproducenter kan troligen delta på stödtjänstmarknader både enklare och mer ekonomiskt fördelaktigt genom att reglera ner vätgasproduktion då elsystemet är i ett ansträngt läge snarare än att producera el från vätgas i en bristsituation.

Fordon

Vätgas kan användas inom fordonssektorn på tre olika sätt:

• En bränslecell omvandlar vätgas till el som i sin tur driver fordonet. Det är denna tillämpning som oftast avses då man pratar om vätgasfordon och det bedrivs mycket forskning och utveckling. Drivlinan i ett bränslecellsfordon är elektrisk, precis som i ett batteridrivet fordon.

• Vätgas kan användas som bränsle i en förbränningsmotor. Tillämpningarna är än så länge mycket begränsade men viss forskning pågår.

• E-bränslen framställs genom att vätgas kombineras med koldioxid eller kväve. Elektrobränslen är särskilt intressanta för sektorer som sjöfart och flyg, vilka är svåra att elektrifiera samt att flytande bränslen med hög energitäthet är lättare att hantera. E-metanol och e-ammoniak bedöms intressanta inom sjöfart. De största utmaningarna för e-bränslen är låg energiomvandlingseffektivitet och höga produktionskostnader.

Vätgasanvändning liknar på många sätt dagens bensin- och diesellösningar, då tankning sker vid stationer, fordon kan köras lika långa sträckor som motsvarande fossildrivna och tanktiden är jämförbar.

Vid elektrifiering av fordon är det viktigt att ta hänsyn till att energiomvandlingar innebär förluster och totalverkningsgraden vid konvertering el-vätgas-el är betydligt lägre än om lagring kan ske i batterier. Även kompression av vätgas vid distribution medför förluster. Vätgas kan dock vara intressant för vissa tillämpningar såsom tunga fordon där (dagens) batteriteknik ger kortare räckvidd, är tyngre och därmed begränsar tillgänglig nyttolast samt kräver längre tid för laddning/tankning.

Uppvärmning

Vätgas kan ersätta fossila gaser såsom gasol inom industrin.

Vätgas kan injiceras i naturgasnätet vilket skulle ge avsättning för vätgas och sänka naturgasens klimatpåverkan.

Biprodukter

Vid elektrolys bildas, förutom vätgas, även värme och syre. Tillvaratas dessa flöden höjs anläggningens totala verkningsgrad, vilket kan ske i exempelvis vattenreningsverk eller en fiskodling.

Dock förutsätter det kompletterande investeringar för exempelvis anslutning till ett fjärrvärmenät eller utrustning för omhändertagande och lagring av syrgas.

Värme

De elektrolysörer som är kommersiella idag håller en arbetstemperatur som är lägre än vad konventionella fjärrvärmenät kräver. Det kan ändå vara möjligt att nyttja värmen, exempelvis med hjälp av en värmepump. För att kunna leverera till ett fjärrvärmenät krävs att nätet ligger relativt nära samt att det finns efterfrågan på tillkommande värme. Värme kan även tillvaratas i exempelvis interna industriprocesser.

Syrgas

För varje kilo väte som bildas i en elektrolysör, bildas även åtta kilo syre. Vissa användningsområden kräver hög renhet och då måste syrgasen torkas vid lågt tryck för att sedan komprimeras, vilket är dyrt och kan vara komplicerat. Om vätgasproduktion via elektrolys växer kraftigt kommer mängden syrgas snabbt att överstiga efterfrågan. Syrgas framställs idag relativt enkelt på andra sätt än via elektrolys.

Syrgas används inom verkstads- och pappersindustri, men kan även nyttjas i fiskodlingar, för att syresätta havsbottnar, i vattenrenings- och kraftvärmeverk. Syrgas är viktig inom vården och klassas som läkemedel, varför det krävs tillstånd för en anläggning som ska leverera medicinsk syrgas.