Att blåsa nytt liv i paradigmet för förnybar energi: En vision för grönt vätgas

År 2022 prognostiseradeden amerikanska energimyndigheten (EIA) en rekordhög efterfrågan på el på 4 027 miljarder kWh. Naturgas och kol beräknades stå för cirka 37 % respektive 22 % av denna oöverträffade energiefterfrågan, tätt följt av kärnkraft med 19 %. Resten stod förnybara energikällor för.

I takt med att det globala utbudet av fossila bränslen utsätts för allt större tryck från de förändrade efterfrågemönstren i den postpandemiska ekonomin och en växande strävan efter hållbarhet, hamnar förnybara energikällor i fokus. Det nuvarande paradigmet för förnybar och alternativ energi är dock inte utan sina egna unika fallgropar.

Ta till exempel vätgas.

Internationella energimyndigheten (IEA) uppskattar att den globala efterfrågan på vätgas har tredubblats mellan 1975 och idag. Även om vätgas är ett rent bränsle används det idag främst inom industrin och framställs nästan uteslutande genom ångmetanreformering, förgasning eller elektrolys av vatten med hjälp av el som genereras från fossila bränslen. Enligt rapporter uppskattas att cirka 6 % av världens naturgas och cirka 2 % av alla kolresurser används för detta ändamål.

Detta motsvarar koldioxidutsläpp på 830 miljoner ton – vilket är lika mycket som Storbritannien och Indonesien tillsammans.

Nyckeln ligger därför i att förnya vårt synsätt på det nuvarande energiparadigmet med vätgasdrift.

Grönt vätgas, även känt som förnybart vätgas, produceras genom att använda förnybara energikällor som vind- och solkraft för att elektrolysera vatten. Användningen av förnybara energikällor i processen eliminerar därför den potentiella miljöpåverkan från traditionella vätgaskällor och gör det möjligt att använda vätgasen utan dåligt samvete inom viktiga områden som transport, elproduktion och uppvärmning.

Marknaden för grönt vätgas befinner sig dock fortfarande i ett tidigt skede och kräver betydande tekniskt och ingenjörsmässigt stöd för att kunna växa. Detta gäller särskilt mot bakgrund av uppskattningar som tyder på att den globala vätgasmarknaden skulle vara värd över 300 miljarder USD år 2030, med en årlig tillväxt på mer än 9,3 %från 2022. Trenden förväntas stärkas på grund av en rad faktorer, däribland sjunkande kostnader för förnybar energi, ökad efterfrågan på utfasning av fossila bränslen samt stödjande politik och regleringar.

Det finns dock fortfarande utmaningar som kastar en skugga över framtiden. Dessa inkluderar de högre produktionskostnaderna jämfört med konventionellt vätgas som produceras med hjälp av fossila bränslen. Denna kostnadsskillnad beror på de högre investeringskostnaderna för elektrolysörer samt den fortsatta bristen på infrastruktur för lagring, transport och distribution av grön vätgas.

Världen behöver idag utveckling av mer effektiva och kostnadseffektiva elektrolysörer, utformning och implementering av infrastruktur för lagring och transport av vätgas samt optimering av systemen för produktion och användning av vätgas.

Elektrolysörer och bränsleceller är nyckelkomponenterna i produktionen och användningen av grönt vätgas. De står för en betydande del av kapitalkostnaderna. Att förbättra elektrolysörernas och bränslecellernas effektivitet och sänka deras kostnader är avgörande för att göra grönt vätgas konkurrenskraftigt jämfört med konventionellt vätgas som framställs med fossila bränslen.

Globala forsknings- och utvecklingsföretag kan spela en nyckelroll här genom att bidra till utvecklingen av alternativa material för elektroder och membran som används i elektrolysprocessen. Dessa kan i sin tur bidra till att förbättra den totala elektrolyseffektiviteten, vilket leder till en minskning av den energimängd som krävs för att producera grönt vätgas. Ett annat tillvägagångssätt är att optimera utformningen och driften av elektrolysörer och bränsleceller för att minska deras investerings- och driftskostnader – vilket gör dem enklare att tillverka – kräver mindre underhåll och ger en längre livslängd.

För att ytterligare stärka och effektivisera tillverkningsprocessen av produkter för effektiv vätgasproduktion och -användning kan ER&D-företag, genom att utnyttja sin erfarenhet inom simulering och testning, även bidra till att förutsäga systemets och/eller produktens beteende samt tillhandahålla en inledande säkerhetsgranskning och genomförbarhetsrapport innan produkten tillverkas. Dessa simuleringsresultat kan sedan omsättas i praktiken genom noggranna tester av produkten och/eller systemet, vilket också ingår i E&RD-företagens verksamhetsområde. De resulterande systemen kan vidare omvandlas till ett skräddarsytt paket i form av en containerbaserad lösning för produktion av grönt vätgas som direkt kan integreras med förnybara energikällor. Sådana containerbaserade system för vätgasutnyttjande är särskilt användbara i avlägsna områden för elproduktion eller som reservkraft.

Ett annat viktigt område är infrastrukturen för lagring och transport av vätgas. Grön vätgas måste lagras i gasform under högt tryck eller i kryogen flytande form och transporteras på ett säkert och effektivt sätt. För närvarande saknas infrastruktur för lagring och transport av vätgas, vilket begränsar användningen av grön vätgas i olika tillämpningar. Forsknings- och utvecklingsföretag världen över undersöker också alternativa lösningar, såsom omvandling av grönt vätgas till grön ammoniak eller grön metanol, för att minska komplexiteten och riskerna förknippade med direkt transport av vätgas. Denna gröna ammoniak eller metanol kan sedan omvandlas tillbaka till vätgas när det behövs. Genom att möjliggöra säkrare lagring och utforma förbättrad utrustning för användning, såsom bränsleceller med högre verkningsgrad, kan vi driva på en ökad användning av denna rena bränslekälla inom olika områden, särskilt inom transport- och industrisektorn.

Tekniskt stöd behövs också för att optimera och utforma anläggningar för produktion och användning av grönt vätgas. Optimerade användningsmodeller, som ger stordriftsfördelar i olika användningsfall, skulle bidra till en ökad användning och bättre resultat. Hybridisering är också en lovande riktning, som innebär integration av bränsleceller som drivs med grönt vätgas med batterier för ökad tillförlitlighet och bredare användning.         

Framtiden tillhör, som man brukar säga, de djärva. Genom att utnyttja tillgängliga teknikplattformar och ingå nya partnerskap med ledande globala ER&D-aktörer som är verksamma inom området kan företag världen över se fram emot att frigöra betydande värde genom att anamma det framväxande paradigmet för grönt vätgas. En ny syn på förnybar energi, i kombination med ett innovationsdrivet tillvägagångssätt, skulle därför bidra till att förändra situationen i en mycket snabbare takt än vad som för närvarande förväntas.

Är du redo med dina planer?