Vätgas - produktion

Publicerad: 2023-10-27

Hur ska framtidens vätgas framställas?

I Sverige framställs vätgas i dagsläget huvudsakligen genom reformering av naturgas (67 %). Näst största källa är industriella restströmmar, medan knappt tre procent produceras genom elektrolys.

Vätgas förväntas framöver användas inom nya områden, mestadels i industriprocesser som ersättning för fossila bränslen, men även inom transportsektorn. Den vätgas som tillkommer antas produceras genom elektrolys, vilket kräver stora mängder el. Den elektrifiering som pågår bedöms leda till att Sveriges elförbrukning fördubblas till år 2045. Merparten av ökningen, cirka 60–70%, antas vara vätgasproduktion.

Teknik

Genom reformering kan vätgas framställas från kolvätebaserade bränslen som natur- eller biogas, och är vanligt vid till exempel raffinaderier. Processen kräver hög temperatur och närvaro av metallbaserad katalysator. Vattenånga reagerar med metan och bildar koldioxid och vätgas.

Förgasning är en termokemisk process som omvandlar fasta eller flytande bränslen till en gas med högt energiinnehåll, så kallad syntesgas, som bland annat innehåller metan, vätgas och kolmonoxid. Ren vätgas fås genom olika omvandlingssteg varvid även koldioxid och vatten bildas.

Vid elektrolys används elektricitet för att spjälka vattenmolekyler till syre och vätgas. Spjälkningen avger värme och verkningsgraden beror på om värmen tillvaratas samt typ av elektrolysör. För varje kilo vätgas som framställs går det åt cirka 50 kWh el och 9 kilo vatten.

Vätgas uppstår även som biprodukt vid olika industriella processer såsom exempelvis klortillverkning och det finns forskningsprojekt kring framställning av vätgas med hjälp av cyanobakterier, artificiell fotosyntes med mera.

Ekonomi och miljö

Elpriset utgör den största kostnaden vid produktion av vätgas med elektrolys och förbättrad verkningsgrad hos elektrolysörer har endast marginell inverkan. För att få låg energiförbrukning används katalytiskt aktiva elektroder som kan ha stor miljöpåverkan vid utvinning av nödvändiga metaller. Elektrolysörer använder ett antal ovanliga metaller med begränsad tillgång. En annan utmaning är att de membran som används måste ha speciella egenskaper, vilket gör att man använder så kallade ”evighetskemikalier” liknande PFAS, vilka är svåra att bryta ner och kan ha skadliga effekter för människor och miljö. Mycket forskning sker för att hitta mindre problematiska membranmaterial och destruktionsmetoder som inte ger farliga restprodukter. Totalt PFAS-förbud är på gång inom EU och väntas träda i kraft tidigast 2025.

Ett sätt att öka intäkterna från en elektrolysör är att delta på en elsystemmarknad genom att reglera upp eller ner elektrolysörens effekt beroende på elsystemets status. Det kan vara en lokal kapacitetsmarknad eller Svenska kraftnäts stödtjänster för att stabilisera elnätets frekvens.

För att undvika att producera vätgas när elpriset är högt kan man ha variabel produktion, men för att kunna leverera samma volym vätgas måste man i så fall investera i överkapacitet i elektrolysör samt ett lager. Vill man helt eliminera påverkan på det omgivande elnätet kan man producera vätgas i ett isolerat nät med exempelvis vind- och/eller solkraft, men även då krävs större investering i elektrolyskapacitet och lager om samma volym av vätgas ska levereras.

Framtida utveckling

Energimyndighetens förslag till nationell vätgasstrategi anger som mål att det skapas förutsättningar för 5 GW elektrolysörkapacitet 2030 och ytterligare 10 GW 2045, d.v.s. totalt 15 GW.

Elektrolysörer använder mycket vatten, 9 kg per kg producerad vätgas. Generellt är vattentillgången god i Sverige, men det finns platser där färskvatten är en bristvara. Avsaltning av havsvatten är ett alternativ, men är energikrävande och stora mängder salt måste hanteras.

En elektrolysör är uppbyggd av stackar som degraderas över tid vilket resulterar i högre elförbrukning. Normalt behöver de bytas efter cirka 9–10 år. Kostnaden för ett stackbyte ligger på 20–40% av ursprunglig investeringskostnad. Elektrolysören i sig har en teknisk livslängd på 20–30 år.