Vätetillämpningar

Grönt väte

framställs genom elektrolys av vatten. Strömmen som krävs för detta kommer från förnybara energikällor som solenergi och vind- eller vattenkraft. Just detta gör framställningen koldioxidneutral och på så vis klimatvänlig.

Grått väte

framställs med fossila energikällor som naturgas, kol eller olja genom ångreformering. För alstringen av ett ton väte uppstår då en avfallsprodukt på tio ton koldioxid. Detta är inte en klimatneutral framställning.

Blått väte

framställs, precis som grått väte, genom ångreformering. Den koldioxid som frigörs lagras dock under jord (CCS-teknik: Carbon Capture and Storage). Eftersom koldioxid inte släpps ut i atmosfären kan blått väte klassas som relativt koldioxidneutralt.

Turkost väte

uppstår vid metanpyrolys. Naturgas (metan) delas då upp i väte och fast kol genom en termokemisk process. Det fasta kolet kan sparas som granulat och återanvändas vid ett senare tillfälle.

Rött/rosa väte

framställs, precis som grönt väte, genom elektrolys. Strömmen som krävs kommer dock från kärnkraft. Denna typ av väte är förvisso koldioxidneutral men orsakar radioaktivt avfall som måste kunna lagras på ett säkert sätt.

Det finns många olika tekniker för att framställa väte. Idag sker utvinningen främst genom ångreformering av fossila energikällor, vilket även medför koldioxidutsläpp. Elektrolys är dock en metod som blir allt viktigare just för att den är klimatneutral. I denna process delas vatten upp till sina beståndsdelar väte och syre med hjälp av ström från förnybara energikällor.

De mest relevanta typerna av elektrolys inom industrin är alkalisk elektrolys (AEC), protonutbytesmembranelektrolys (PEM) och högtemperaturelektrolys (SOEC). I alla processer delas vatten upp i sina beståndsdelar väte och syre. Teknikerna skiljer sig dock åt i val av membran och elektrolyt.

Alkalisk elektrolys (AEC)

Den alkaliska elektrolysen är den teknik som används mest i praktiken. En kaliumhydroxidlösning (KOH) används som elektrolyt. Tekniken är redan tillgänglig i stor skala. Förutom låga investeringskostnader och lång livslängden används i princip inga kritiska material. Nackdelen ligger dock framför allt i att tekniken inte är speciellt dynamisk vid ändringar av lasten.

Protonutbytesmembranelektrolys (PEM)

I jämförelse med alkalisk elektrolys är protonutbytesmembranelektrolys betydligt nyare, dock finns den tillgänglig i industriell skala. Den centrala beståndsdelen är protonutbytesmembranet. Membranet ser till att de båda produkterna syre och väte inte blandas, vilket ger en högre grad av renhet i vätet. PEM-elektrolys möjliggör snabb lastväxling och en kompakt utformning. Nackdelen är dock dyra katalysatormaterial.

Högtemperaturelektrolys (SOEC)

I denna process förs vatten in i systemet som vattenånga. Detta innebär att det går att uppnå en effektivitet så hög som 85 %. Cellerna arbetar i temperaturer på upp till 900 °C. Ett fast keramiskt material används som elektrolyt. En ytterligare fördel med SOEC är att den även lämpas för CO-elektrolys vid framställningen av syntetisk gas. De höga temperaturen medför dock att metoden inte är lämpad för lastväxling och dessutom är kraven på material mycket höga.

Det finns många olika tekniker för att lagra väte. Fysiska lagringssystem har en högre gravimetrisk och volumetrisk energidensitet. Materialbaserade förvaringssystem möjliggör lagring under hanterbara tryck och temperaturer. De två mest relevanta teknikerna är lagring av väte i gasform under tryck upp 700 bar och flytande väte i en temperatur på -253 °C i vakuumisolerade tankar. Andra tekniker är exempelvis metallhydridlagring, LOHC eller kemisk lagring såsom ammoniak eller metanol.

Väte kan användas i vitt skilda branscher. Inom industrin finns den högsta efterfrågan på väte eftersom väte har kemiska egenskaper som behövs där. Möjliga användningsområden är tillverkning av ammoniak och metanol eller stål- och cementproduktion. Inom mobilitetssektorn beräknas efterfrågan bli hög. I den sektorn används väte överallt där batterier inte är ett alternativ, alltså även vid höga laster och långa sträckor. Till detta räknas flyg- och rymdteknik, maritim tillämpning men även transportväsendet.

Väte består av endast en proton och en elektron. Det är därför det minsta och lättaste grundämnet, vilket gör att det sprids snabbt genom många olika material. Beroende på grundmaterial, tryck, temperatur och exponeringstid kan leda till väteförsprödning och att komponenten försämras i förtid. För att säkerställa att ledningarna är täta och förblir säkra är det av yttersta vikt att välja rätt material och passande utformning av komponenterna för tillämpningen i fråga.

Det bästa alternativet för användning med väte är höglegerat, austenitiskt kromnickelstål med låg andel kol och hög nickelhalt. Den låga andelen kol och den höga nickelhalten gör detta stål tåligt mot interkristallin korrosion och förhindrar i stor utsträckning den så kallade väteförsprödningen.

Väteförsprödning betyder att atomiskt väte tränger in och lagras i den gallerliknande strukturen i ett material. Detta gör att segheten minskar, vilket leder till att försämrad funktion på grund av sprickor eller till att sprickorna sprider sig så snabbt att materialet plötsligt går sönder. Väteförsprödning beror till stor del på material, tryck, temperatur och många andra faktorer.