Teknologi og innovasjon

Hydrogenceller: Svar på alle spørsmålene dine

2020-06-15 | 12 min

Lars Mårtensson

Det er mye «hype» rundt hydrogen og om det kan erstatte diesel i fremtiden. Men hvordan fungerer teknologien? Hva er fordelene og ulempene med hydrogen? Hvordan klarer den seg i forhold til elektriske lastebiler? Her er svarene på noen av de vanligste spørsmålene om hydrogenceller.

Hva er hydrogen og hvorfor er det så mye begeistring rundt det?

Hydrogen er et kjemisk element som er en del av mange naturlig forekommende forbindelser, inkludert vann. Hydrogenet (H2) som brukes i kjøretøy er en luktfri gass og produseres normalt ved å utvinne hydrogen fra vann eller naturgass.

Selv om det er mye «hype» i dag, er ikke hydrogenteknologi noe nytt. Faktisk har hydrogen lenge blitt brukt for å drive romfartøy. Men vi ser en fornyet interesse takket være et press for å dekarbonisere transportbransjen, fallende kostnader for fornybar energi og mer detaljerte strategier fra myndigheter rundt om i verden for å utvikle teknologien videre.

Hvordan produseres hydrogendrivstoff?

Dampreforming, eller SMR, er den vanligste metoden for å produsere hydrogen i stor industriell skala. I denne prosessen reagerer metan i naturgass med damp og produserer hydrogen og kullos. Kullosen gjennomgår ytterligere reaksjoner, og genererer mer hydrogen. Hydrogen kan også komme fra vann gjennom en prosess som kalles elektrolyse der vann spaltes til hydrogen og oksygen med elektrisitet.

Det er også andre kilder til hydrogen, som forgassing av biomasse – der plantemateriale varmes opp og reagerer for å produsere hydrogen og CO2 – og gjæring, der visse typer bakterier genererer hydrogen som en del av metabolismen deres. Hydrogen kan også produseres ved å spalte vann i solceller nedsenket i vann.

Hvordan distribueres hydrogendrivstoff?

Selv om det er mulig å distribuere hydrogen gjennom rørledninger som brukes til naturgass, produseres mesteparten av hydrogenet som brukes til drivstoff i dag ved store anlegg og transporteres deretter med spesielle trailere for flytende hydrogen. Hydrogen kan også genereres på tankstasjoner gjennom SMR eller elektrolyse. Men denne tilnærmingen er generelt mindre effektiv og kostbar.

Hvordan fungerer en hydrogencelle?

Et brenselcellekjøretøy fungerer litt som en forbrenningsmotor bortsett fra at systemet ikke brenner hydrogenet som det henter fra en trykktank, men smelter det sammen med oksygen for å produsere elektrisitet for å drive en elektrisk motor. Prosessen foregår i en PEM-brenselcelle (Polymer electrolyte membrane) som består av sett med tynne plater, atskilt med membraner.

Hvordan brukes hydrogen i lastebiler?

Hydrogen kan brukes som drivstoff til en forbrenningsmotor, som ligner på en komprimert naturgass (CNG)-motor. En annen løsning er å bruke hydrogen i en brenselcelle der den genererer strøm for å drive kjøretøyet. Hydrogen kan også brukes som en hjelpebrenselcelle for å forlenge rekkevidden til et batteridrevet elektrisk kjøretøy.

Hva er noen av fordelene med hydrogendrivstoff?

Når hydrogen brukes til å drive en brenselcelle, er de eneste biproduktene vann og varme – ingen forurensning eller klimagasser. Avhengig av hvordan hydrogenet produseres kan det være et ekstremt rent alternativ til diesel. Hydrogen har også mye kraft: 80 kg hydrogen kan levere nok energi til at en lastebil kan kjøre 800 km! Påfyllingsprosessen for hydrogenkjøretøy er også rask og enkel.

Fremdriften i hydrogencellekjøretøy er elektrisk. Dette betyr at kjøreopplevelsen føles lik det å kjøre en elektrisk lastebil; ingen motorstøy, rask start og mulighet for å gjenvinne bremseenergi.

Hva er noen av ulempene med hydrogendrivstoff?

Hydrogen er veldig reaktivt, så det har en tendens til å erodere andre materialer, og det er også svært brannfarlig – faktorer som gjør det vanskelig og kostbart å transportere. Et annet stort problem er mangelen på og høye kostnader ved bygging av hydrogeninfrastruktur. I dag er det bare 337 hydrogenstasjoner i verden, de fleste i Tyskland og Japan. Selv om det har vist seg at eksisterende CNG-infrastruktur kan brukes til å transportere og lagre hydrogen, er ikke dette en god løsning for brenselceller som må kjøre på veldig rent hydrogen.

Hydrogenceller er også dyre å produsere da produksjonen fortsatt foregår i liten skala og involverer manuelle prosesser. En annen viktig kostnadskomponent er hydrogentanken som er stor og tar opp mye plass. Til slutt er det kostnaden på hydrogendrivstoff som er betydelig høyere enn for diesel.

Hvor miljøvennlig er hydrogen?

Når hydrogen reagerer med oksygen i en brenselcelle, er det eneste utslippet vann. Så når en lastebil drives av en brenselcelle, er det ingen skadelige utslipp. Men ethvert mål på klimapåvirkning må også ta hensyn til produksjonsprosessen for hydrogen som er svært energikrevende. Det meste av hydrogenet produseres i dag ved hjelp av kull eller naturgass. Men hvis elektrisiteten som brukes til produksjon kommer fra fornybare energikilder, kan hydrogendrivstoffet ha et nært nøytralt karbonavtrykk (dette er kjent som «grønt hydrogen»). En annen måte å redusere fotavtrykket til hydrogen på er karbonfangst- og lagring, som er prosessen der CO2-utslipp fra dampreforming fanges opp, transporteres og lagres permanent langt under bakken.

Hydrogenlastebiler kontra elektriske lastebiler, hvordan er de i forhold til hverandre?

For at ethvert alternativ til diesel skal lykkes, må det tilby en klar fordel når det kommer til kostnader, rekkevidde og tilgjengelig infrastruktur. Her ser du hvordan hydrogenceller gjør det i forhold til elektriske kjøretøy:

Kostnad: Både hydrogenceller og litiumionbatterier er dyrere enn diesel. Prisen på litiumionbatterier synker imidlertid raskt. Bloomberg spår at krysningspunktet – når elbiler blir billigere enn tilsvarende forbrenningsmotorer – kan skje allerede i 2022. Fordi utviklingen og utrullingen av hydrogenkjøretøy har vært begrenset, er det vanskelig å måle tilsvarende gevinster.

Rekkevidde: Hydrogenceller har større energitetthet enn batterier, og gir derfor lengre rekkevidde. Faktisk er energi til vekt-forholdet til en 700 bar hydrogentank ti ganger høyere enn et batteri. Hydrogenceller er også lettere enn batterier, noe som betyr at hydrogenkjøretøy kan klare en høyere nyttelast.

Infrastruktur: Utviklingen og produksjonen av litiumionbatterier har kommet mye lenger enn hydrogenceller. Elektriske lastebiler har vist seg å være kommersielt levedyktige, spesielt i bytransport. Påfyllingsinfrastrukturen for elbiler har også kommet mye lenger. I USA var det for eksempel 20 000 elektriske ladestasjoner i 2018 og mindre enn 45 hydrogenstasjoner.

Vil hydrogen erstatte dieseldrevne lastebiler eller elektriske lastebiler?

Hydrogen er i ferd med å få mer oppmerksomhet. De fleste store bil- og lastebilselskaper, inkludert Volvo Trucks, forsker, jobber med løsninger og danner partnerskap for å utvikle teknologien. Men det er ikke bare bilindustrien som våkner opp til potensialet til hydrogen.

Med økende bekymring for klimaendringer og krav om en «grønn omstart» etter COVID-19, viser myndigheter større interesse for (og investeringer!) i hydrogen. Bare sist mai, avdukte EU en omstartsplan verdt 750 milliarder euro for å finansiere grønn transport og industri. Planen, som er sentrert rundt EUs grønne giv, fremhever hydrogen som en prioritet med planer om å utvikle teknologien gjennom en investeringsagenda og fri grensehandel med hydrogen. Hydrogenalliansen European Clean Hydrogen Alliance, som samler investorer med statlige, institusjonelle og industrielle partnere, ble også annonsert tidligere i år.

Selv om disse utviklingene alle taler godt for fremtiden til hydrogen i lastebiltransport, er det fortsatt mange hindringer før det gir et meningsfullt klimabidrag eller økonomisk bidrag. Et område hvor hydrogen imidlertid er lovende, er innen tungtransport og krevende langtransport der det kan brukes til å drive en elektrisk drivlinje. Dette betyr at i stedet for å erstatte elektriske lastebiler, som er mer egnet for distribusjon og regional transport, kan begge teknologiene samarbeide for å bygge et mer bærekraftig transportsystem.

På spørsmålet om hydrogen kan erstatte dieselmotoren; betyr trykket for mer bærekraftig transport at hydrogen trolig vil erstatte noen dieselkjøretøy. Spesielt hvis det er en tydelig forretningsfordel og konkurransefortrinn å gjøre det.

Alternativt drivstoff: Vurdere fordeler og ulemper

Hydrogenceller, elektriske lastebiler, biodrivstoff, bio-LNG… listen over forskjellige alternativer til diesel ser ut til å vokse. Som transportoperatør kan det være vanskelig å forstå og navigere i det alternative drivstofflandskapet. For å hjelpe deg har jeg utarbeidet en veiledning som gir en oversikt over hvordan hver teknologi fungerer og hvilke fordeler og ulemper de har.