Vätgas innebär ett potentiellt paradigmskifte som – tillsammans med batterielektrifiering och förnybara bränslen – kan ha en viktig roll i att forma morgondagens koldioxidneutrala samhälle.
Vätgas är en energibärare med egenskaper som kan bidra till att minska nettosumman av växthusgasutsläppen. Även om biodrivmedlen i kombination med batteridrivna elfordon och elmaskiner redan i dag kan minska användandet av fossila bränslen inom transportsektorn har vi fortfarande en bit kvar innan vi kan börja använda vätgasbaserad drift och infrastruktur i stor skala – men inte så länge till.
Själva vätgasen är en färglös gas men det finns cirka nio färgkoder för att identifiera vätgas, nämligen grön, gul, vit, svart, brun, rosa, turkos, grå och blå vätgas. Färgkoderna för vätgas hänvisar till den källa eller process som används för att producera vätgasen.
Bränsleceller som koncept och användningen av vätgas som energibärare är inget nytt, men utvecklingen av teknik för vätgasbränsleceller som kan användas inom kommersiella transporter och infrastrukturer går nu snabbt framåt. Dock dröjer det fortfarande några år innan den blir tillgänglig kommersiellt. Bränsleceller för nyttofordon och maskiner har all potential att bli en avgörande faktor för framtidens transporter och infrastruktur, och vi arbetar för att påskynda utvecklingen, produktionen och kommersialiseringen av lösningar med vätgasbränsleceller.
Vi har antagit en tredelad strategi för att minska koldioxidutsläppen:
Under 2021 lanserade vi officiellt cellcentric, vårt samriskprojekt tillsammans med Daimler Truck, med målet att bli en ledande global tillverkare av vätgasdrivna bränsleceller. Genom att använda grön vätgas baserad på förnybar energi i bränslecellslastbilar, kan vi minska koldioxidutsläppen till noll. Vätgas kan också vara ett sätt att minska koldioxidutsläppen med minimala investeringar i nätet (genom en utbyggnad av vätgasinfrastrukturen), vilket kan vara en möjlighet att snabbt skala upp produktionen av utsläppsfria fordon.
Vätgas är det allra första grundämnet i det periodiska systemet. Det är det lättaste och vanligaste ämnet i universum. Det förekommer nästan alltid som en del av en annan förening, till exempel vatten (H2O) eller metan (CH4), och måste därför avskiljas till ren vätgas (H2) innan det kan utnyttjas fullt ut i sin rena form.
Vätgas är ingen riktig energikälla utan snarare en energibärare – vilket är en mycket viktig skillnad att lyfta fram. I praktiken innebär detta att vätgasen behöver en primär energikälla för att kunna produceras – till exempel sol, vind, el, kärnkraft, biobränsle, eller fossilt bränsle. Det är detaljerna i produktionsprocessen och den energikälla som används som avgör om vätgasen kommer att klassificeras som grön, blå, grå eller någon annan färg.
Definitionen av termen ”grön vätgas” är dubbel:
Grön vätgas har blivit synonymt med att producera vätgas genom elektrolys av vatten genom att använda förnybar energi som sol, vind, vatten osv., vilket skapar en helt koldioxidneutral process för produktion av vätgas. I dag står grön vätgas för en ytterst liten andel av den totala vätgasproduktionen. Det finns initiativ som syftar till att stödja produktionen av koldioxidneutral vätgas, till exempel Europeiska kommissionens vätgasstrategi för ett klimatneutralt Europa. Dessa initiativ är viktiga för att skala upp denna teknik till massproduktion och minska kostnaderna.
Dock innefattar definitionen av ”grön vätgas” även andra förnybara metoder i relation till vätgas, till exempel termolys av biomassa eller omvandling av biometan – eller vilken annan klimatneutral eller klimatpositiv metod som helst för att producera vätgas. Ett potentiellt klimatpositivt sätt att producera vätgas är att använda biogas genom antingen en blå (SMR) eller turkos (pyrolys) produktionsmetod. Bio-blå och bio-turkos kan vara ännu mer fördelaktigt för klimatet än grön vätgas (elektrolys). Detta beror på att kolet i biogasen inte släpps ut som koldioxid när biogasen uppgraderas till biometan.
I naturen förekommer väte oftast i olika avlagringar i sin gasform (H2). Detta kallas vit vätgas. I dag finns det ingen gångbar strategi för att använda och utvinna detta väte. För att kunna utnyttja vätgasens kraft måste man i stället använda olika processer för att framställa gasen på konstgjord väg, och det är denna process som de olika färgmärkningarna representerar. Provborrningar pågår och de tillgängliga resurserna kommer med största sannolikhet att ha en viktig roll i framtiden.
Blå vätgas framställs på samma sätt som grå vätgas genom ångreformering av metan (SMR), men överskott av koldioxid hindras från att spridas i atmosfären med hjälp av avskiljning och lagring av koldioxid (Carbon Capture and Storage, CCS). Blå vätgas kallas ofta för en koldioxidneutral energikälla. Med tanke på att effektiviteten för befintliga CCS-enheter i nuläget inte är 100 %, skulle det dock vara lämpligare att beskriva det som en energikälla med låga koldioxidutsläpp.
Blå vätgas är en nödvändig förutsättning för att vi ska kunna fasa ut de fossila bränslena tillräckligt snabbt och är en lösning som är på framväxt i många delar av världen. Nyckeln till framgång när det gäller produktion av blå vätgas är att minimera metanläckage genom hela produktionskedjan.
Det är en kostnadseffektiv process för att minska koldioxidinnehållet med 95 % (från 9–12 kg koldioxid per kg H2), vilket innebär cirka 0,5 kg CO2 per kg/H2. Om vi hade använt blå vätgas i samhället fram till i dag skulle det inte finnas några klimatproblem överhuvudtaget. Den ger nivåer som är betydligt renare än elenergimixen år 2050+. Blå vätgas har av Internationella energiorganet (IEA) bedömts vara den enskilt största vätgaskällan år 2050.
Turkos vätgas är ett relativt nytt sätt att producera vätgas på. Precis som grå och blå vätgas, används metan i naturgas som råmaterial, men i stället för att använda fossila bränslen används elektricitet för att alstra värme genom pyrolysmetoden, som också kallas sönderdelning eller nedbrytning. Precis som för blå och grå vätgas är produkten av turkos vätgas väte och kol.
Till skillnad från när SMR används är kolet dock i fast form snarare än i koldioxid. Därför behövs inga CCS-enheter, och fast kol (kimrök) kan användas inom andra tillämpningsområden, exempelvis som jordförbättrare eller för att producera varor som däck och gummislangar. Produktionen av kimrök bidrar till att göra turkos vätgas till en attraktiv lösning eftersom processen, förutom vätgasen, ger ytterligare ett högvärdigt råmaterial.
När processen sker med förnybar el och biogas har den potential att bli koldioxidnegativ. Biometan används redan vid testanläggningar i Sverige (Höganäs). I USA kommer denna metod att användas för att minska metanläckaget från soptippar samt producera användbar vätgas och kol. Detta är också huvudspåret för rysk vätgas.
Med rosa vätgas menas ofta vätgas som har producerats genom vattenelektrolys som drivs av kärnenergi. Den här metoden producerar ren vätgas och är en intressant väg för flera länder. Rosa är en ny benämning som kommer från Frankrike, där kärnkraftsbaserat väte tidigare gick under namnet gul vätgas.
Gul vätgas är en av de mest förvirrande färgerna. Benämningen används av vissa för att referera till vätgas som har producerats genom processen vattenelektrolys som drivs enbart av solenergi, medan andra – förvirrande nog – betraktar det som elektrolyserad vätgas som producerats med hjälp av kraft från blandade källor (elmix), till exempel sol-, kärn-, bio- och fossilkraft. Och i USA används benämningen gul endast för kärnkraft.
Bio kunde ha sorterats in under grön vätgas för att indikera att det är en bra lösning, men så är det ännu inte. När man använder blandade källor förorenas vätgasen av fossila bränslen. Även om mängden föroreningar minskar med tiden, kommer det att dröja länge innan den gula vätgasen blir lika ren som den blå, och detta kommer inte att ske innan år 2050.
Det äldsta sättet att generera vätgas är att omvandla kol till vätgas. Detta genererar vad som kallas antingen brun eller svart vätgas. Vätgasen benämns antingen brun eller svart, beroende på vilket kol som används:
Brun och svart vätgas genereras genom en kolförgasningsprocess som omvandlar organiska eller fossilbaserade material till kolmonoxid (CO) och koldioxid (CO2) i mycket höga temperaturer, utan förbränning, med hjälp av en kontrollerad mängd syre och/eller ånga. Kolmonoxiden reagerar med vattnet och bildar koldioxid och vätgas. Vätgasen separeras sedan från övriga element med hjälp av filter eller särskilda membran.
Att producera brun och svart vätgas är en ytterst förorenande process eftersom varken koldioxid eller kolmonoxid kan återanvändas och dessutom släpps ut i atmosfären. Detta är en gammal process som härstammar från 1800-talet och som historiskt sett gått under namnet ”stadsgas”.
Grå vätgas är en vätgas som produceras genom ångreformering av metan (SMR, Steam Methane Reforming) där överflödig koldioxid släpps ut i atmosfären. Denna gas står i dag för majoriteten av all vätgasproduktionen. Grå vätgas släpper ut mellan 9 och 12 kg koldioxid per kg vätgasproduktion, att jämföra med blå vätgas som släpper ut 0,5–4 kg och grön vätgas som är i princip utsläppsfritt.
Grå vätgas bör inte användas som den är i bränsleceller på grund av orenheter som skulle kunna påverka livslängden negativt. Den kan dock rengöras genom kondensering som – även om detta förbrukar ytterligare energi – gör vätgasen tillräckligt ren.
Vid produktion av vätgas måste denna, som nämnts tidigare, separeras från andra element i molekylerna där processen sker. Det finns många olika källor till vätgas och många olika sätt att producera vätgas för att använda den som bränsle. De två vanligaste produktionsmetoderna är ångreformering av metan (SMR) och elektrolys, men forskare undersöker även andra metoder.
Processen att spjälka vatten i syrgas och vätgas kallas vattenelektrolys, genom vilken elektrisk likström (DC) skickas för att framkalla en kemisk reaktion. Det är det mest omtalade alternativet till SMR och är för närvarande den ledande vägen för att uppnå koldioxidneutral vätgasproduktion. Detta är huvudspåret för att etablera en väteekonomi med maximerad klimatnytta.
Ångreformering av metan är en process som innebär att metan från naturgas eller andra metanflöden (till exempel biogas eller deponigas) hettas upp (med hjälp av ånga) i närvaro av en katalysator för att producera syntesgas (väte, kolmonoxid och en liten mängd koldioxid). I dag är SMR den mest utbredda tekniken för att producera vätgas från naturgas i stor skala.
Vid partiell oxidation (POX), som ibland kallas enbart förgasning, produceras vätgas ur ett antal kolvätebränslen, däribland, kol, tunga restoljor och andra lågvärdiga raffinaderiprodukter. Kolet eller kolvätet får reagera med syre i ett förhållande som är mindre än det stökiometriska luft-bränsleförhållandet, vilket resulterar i kolmonoxid och väte vid mycket höga temperaturer (1 200 till 1 350°C).
Vätgas som produceras genom inverkan av levande organismer kallas biologisk vätgas eller ”biovätgas”. Biovätgas produceras med hjälp av mikroorganismer (som cyanobakterier) och solljus för att omvandla vatten, och ibland organiskt material, till vätgas. Fördelen med dessa metoder för att framställa vätgas är att de inte ger några direkta utsläpp av växthusgaser. I nuläget experimenterar man fortfarande i laboratorier med processen för att producera biologisk vätgas, men forskarna försöker förstå, kopiera och optimera denna process för att förhoppningsvis kunna industrialisera den i framtiden.
Många länder runtom i världen har nu antagit ambitiösa vätgasstrategier. Vätgas har också en viktig roll i den europeiska gröna given. Det finns en stark vilja att engagera sig i vätgasanvändning över sektorgränserna, och industrierna letar aktivt efter potentiella synergier med exempelvis vätgasanvändning för lastbilar och anläggningsmaskiner.
Det finns dock ett behov av ett system för ursprungsintyg för vätgas. Detta för att kunna spåra att klimatvänlig vätgas har använts, vilket i sin tur har resulterat i att låga utsläppsnivåer uppnåtts. Ett sådant system skulle kunna ligga till grund för skattenivåer. Volvos uppfattning är att det skulle vara bättre att använda en koldioxiddeklaration för vätgas i stället för att prata om färger.
Nationella och lokala myndigheter kommer behöva gå samman med branschen och med investerarna för att utveckla den infrastruktur som krävs för att stödja energiomställningen till grön vätgas och göra denna lösning kommersiellt gångbar. Det finns dock flera hinder vi måste komma över, till exempel bristen på infrastruktur och vätgaspriserna för slutanvändare.
Det största problemet i dag är att det ännu inte finns någon efterfrågan (användare). Det finns en enorm investeringsvilja, men inte utan en försäkran om att kunderna kommer att efterfråga lösningarna. Lastbilar ses som en praktisk nivå att öva på innan man satsar på riktigt storskalig produktion, till exempel cementindustrin.
De styrande och industrin måste samarbeta för att se till att varken befintliga eller nya regler förhindrar investeringar i grön vätgas. Handeln med vätgas skulle gynnas av en gemensam internationell standard för både transport och lagring av stora mängder samt möjligheter att spåra miljöpåverkan från olika typer av vätgasleveranser.
