Skala upp infrastrukturen för att inkludera grönt väte 

Den globala strävan att minska växthusgaser har flyttat fram vätet – i synnerhet det gröna vätet framställt av förnybara energikällor – i rampljuset. Även om väteekonomin fortfarande är i sin linda har den möjligheter att göra transporter, industriella processer och energiproduktionen miljömässigt hållbara. Realiserande av dessa fördelar kräver dock att man överkommer flera utmaningar inom infrastrukturen nedströms i produktionen.

Utbrett införande av grönt väte kräver fortsatt investering i forskning och utveckling, samarbeten över organisationerna avseende produktion och konsumtion samt robusta regelverk.

Till att börja med måste befintlig infrastruktur för naturgas – pipelines, lagringsanläggningar och transportnätverk – omarbetas och bytas ut på grund av vätets unika kemiska egenskaper så att det kan hanteras på ett säkert och effektivt sätt. Vätgasmolekyler är minst av alla ämnen, vilket gör att läckage lätt kan uppstå. Det gör att särskilda material och tätningar måste användas för att säkerställa effektiva transporter och trygg lagring. Dessutom kan vätet försvaga pipelines och kärl som är konstruerade av ickekompatibla material, och vätets eldslåga är närapå osynlig i dagsljus, vilket innebär ytterligare säkerhetsrisker.

Förvaring och transport tillför ytterligare komplexitet i logistiken. När ytan ska maximeras, antingen i lagringsanläggningen eller ombord på det fordon som transporterar vätet, gör vätets låga volymetriska energidensitet att extrema förhållanden måste skapas: kompression på upp till 700 bar (10 500 psi) eller kondensering vid temperaturer på, eller under -253 °C (-423,4 °F). Stora mängder energi går åt till att hålla vätet i endera skicket, vilket ställer ytterligare krav på utrustning, kostnader och transport.

För att ta sig an utmaningarna som rör pipelines krävs investeringar i specialmaterial som motstår försprödning, och transportproblematiken fordrar komplicerade effektivitetskalkyler och beslutsfattande som utgår från många olika variabler.

I nuläget är vätgasframställning beroende av utvinning från fossila bränslen genom processer som ångreformering av metan och autotermisk reformering. I dessa processer framställs grått väte, som kallas så för att de också avger koldioxid och andra växthusgaser som gör att mycket av de miljömässiga vinsterna med väteanvändningen går förlorade. Dessa utsläpp kan fångas in – och bilda blått väte – men infångning, transport och lagring är kostsamt.

Grön väteframställning eliminerar dessa problem, men kräver avsevärda investeringar för att öka kapaciteten hos elektrolysörerna (som vanligen är av PEM- eller alkalisk typ), i elnätet och i andra system för att få anläggningarna i balans. Elektrolysen använder elektricitet för att spjälka vattenmolekylerna till dess grundläggande beståndsdelar väte och syrgas. Väte utvinns, och den harmlösa syrgasen kan släppas ut i atmosfären eller processas till annan industriell användning. När man utnyttjar förnybara energikällor – som vindkraft, solenergi eller vattenkraft – produceras hållbart, grönt väte.

Att försörja elnätet med elektricitet producerad med grönt väte innebär utmaningar eftersom det ställer krav på ny energiinfrastruktur och sömlös integrering i befintliga energisystem. Denna integrering blir alltmer nödvändig. Befolkningarna i olika länder vänder sig till smarta kraftnät, energilagringslösningar och avancerade energihanteringssystem för att svara på en växande efterfrågan på förnybar energi som inte alltid är i fas med ett fluktuerande utbud.

Även om väte ligger efter i jämförelse med traditionella fossila bränslen i fråga om kostnad per energienhet, förväntas kostnaderna minska under kommande decennier. Tekniska framsteg inom framställning och användning, statliga och privata investeringar i infrastruktur samt en tilltagande standardisering av säkerhetsrutiner borgar för detta.

Trots utmaningarna lockar den gröna väteekonomin med sin potential för nollutsläpp. Tillsammans med rena produktionsmetoder kan vattenånga bli det enda utsläppet för hållbart väte, vilket gör gasen till en avgörande komponent för att uppnå utsläppsmålen och mildra klimatförändringarna.

Dessutom kan väte förvaras i olika former under längre perioder utan att energin minskar, vilket är nackdelen med batterier – om än till priset av lägre effektivitet under korttidslagring. Väte kan därmed bidra till att hantera oregelbundenheten hos direkta förnyelsebara energislag som solenergi och vindkraft. Det lagrade vätet kan sedan användas för att generera elektricitet under perioder med hög efterfrågan, vilket ökar stabiliteten och tillförlitligheten i kraftnätet, eller för att driva fordon och industriella processer. Förmågan att flexibelt lagra och leverera förnybar energi är avgörande för att ett kraftnät som matas med förnybar el ska fungera bra.

Förutom att generera elektricitet har väte ett brett användningsområde, från kraftförsörjning av tunga fordon och industriella processer till uppvärmning av bostäder och andra byggnader. I transportsektorn är vätedrivna fordon ett nollutsläppsalternativ till dieselbussar och lastbilar. De har större räckvidd och tankas snabbare än batteridrivna elektriska fordon. Tunga batterier och långa laddningstider är ett logistiskt och ekonomiskt hinder i synnerhet för långdistanslastbilar.

I industrin kan väte användas som ett rent råmaterial i framställningen av ammonium och andra kemikalier, vilket minskar beroendet av processer som använder fossila bränslen i sektorer som stålframställning, cementtillverkning och gödselproduktion.

Regeringar runtom i världen ser vätets omdanande potential, och som en följd införs regelverk och incitament för att påskynda införandet. Bland exemplen finns direkt finansiering av forskning och utveckling, skattelättnader för framställning och användning av väte, samt krav på inblandning av väte i befintliga naturgasnätverk där det är möjligt, som en övergångsåtgärd.

Till exempel har Europeiska unionen presenterat sin vätestrategi som har målsättningen att upprätta en komplett värdekedja för väte, inklusive en plan att installera en elektrolysörskapacitet på 40 gigawatt fram till år 2030. Samtidigt har både Japan och Sydkorea lagt fram ambitiösa planer på att bli vätedrivna samhällen . Det börjar också komma internationella samarbeten för att harmoniera standarder och regelverk, vilket underlättar internationell vätehandel.

Även om man inte kan se en tydlig tidslinje för väteekonomins fullständiga genomförande, förutser de flesta experter en betydande tillväxt under kommande decennier. Hydrogen Council, en global intresseledd organisation, beräknar att väte kommer att stå för 24 % av den globala efterfrågan på energi år 2050 , med en årlig omsättning på 2,5 biljoner amerikanska dollar. Denna tillväxt måste drivas på av en mängd samverkande faktorer, som tekniska framsteg inom framställning och lagring av väte, minskade kostnader för förnybar energi och en allt strängare statlig klimatpolitik.

Den gröna väteekonomins hållbarhet är också beroende av tillgången på förnybara energikällor och utvecklingen av effektiv infrastruktur. Grön väteproduktion stöds för närvarande till stora delar av statliga stimulansåtgärder, men kostnaderna beräknas minska i takt med att tekniken förbättras, stordriftsfördelar uppnås och efterfrågan på väte ökar. Den amerikanska regeringen har exempelvis en målsättning på priser om 2 USD/kg till år 2026 och 1 USD/kg till år 2031 .

I likhet med utvecklingen av batterier och solcellspaneler under de senaste två decennierna, bär tekniken för väteenergi på outnyttjade möjligheter till effektivisering och tillväxt i en nära framtid. I takt med att kostnaderna minskar och infrastrukturen byggs ut förväntas väte gradvis få insteg i andra sektorer, vilket i slutändan minskar kraftförsörjningens koldioxidutsläpp i sin helhet.

Framgångsrik skalning av väteenergimarknaden är beroende av samarbete mellan forskningsinstitutioner, regeringar och intressenter inom industrin. Klara och tydliga regelverk som ger långsiktig säkerhet är väsentliga för att attrahera investeringar och för att främja innovationer med låga utsläpp, medan internationella samarbeten är avgörande för att etablera globala standarder och regelverk som kan underlätta vätehandeln över gränserna.

Förutom offentligt finansierad forskning och utveckling, är det nödvändigt att övervinna tekniska hinder. Det gäller att öka effektiviteten och minska kostnader för elektrolysörer, uppfinna mindre energikrävande vätekomprimeringsmetoder och tekniker för kondensering och utveckla adekvata pipelines, allt för att göra ett utbrett införande av väte möjligt, sida vid sida med befintliga fossila bränslen.

Slutligen kommer standarder, regelverk och utbildning avseende säker framställning, lagring och hantering av väte med tiden att bidra till att stärka allmänhetens förtroende, som är av avgörande betydelse, och främja en positiv uppfattning av bränslets potential att vara en ren energikälla. Även om betydande utmaningar återstår ser framtiden ljus ut för väteekonomin. Genom att åtgärda begränsningar i infrastrukturen, främja tekniska framsteg och införa stödjande regelverk kan grönt väte spela en avgörande roll för att minska koldioxidutsläppen under de kommande decennierna.