Vätgasfordon

Från Wikipedia

Vätgasfordon är fordon som använder vätgas som drivmedel eller bränsle. Vätgasdrift har demonstrerats och testats för bilar och bussar, inklusive bränslecellsbilar (elbilar drivna av bränsleceller), samt för gaffeltruckar, motorcyklar, fyrhjulingar, traktorer, godståg,[1] tunga lastbilar, kanalbåtar, färjor,[2] ubåtar, flygplan,[3] och rymdraketer. Vätets kemiska energi omvandlas till mekanisk energi, antingen genom en reaktion av väte med syre i en bränslecell för att driva elmotorer eller, mindre vanligt, genom att bränna väte i en förbränningsmotor.[4]

Hyundai Nexo är en vätebränslecellsdriven crossover-SUV
En Solaris Urbino 12-buss nära sin fabrik i Bolechowo, Polen

År 2021 fanns två modeller av vätgasbilar kommersiellt tillgängliga på vissa marknader, båda bränslecellsbilar (FCEV): Toyota Mirai (2014–), och Hyundai Nexo (2018–). Bränslecellsbilen Honda Clarity(en) producerades från 2016 till 2021.[5] År 2017 hade de flesta av de bilföretag som tidigare utvecklade vätgasbilar bytt fokus till batteridrivna elfordon.[6] År 2020 hade alla utom tre bilföretag övergett planerna på att tillverka vätgasbilar.[7] Det finns även bränslecellsbussar på marknaden.

Boeings bränslecellsdemonstrator

NASA använde väte för att skjuta upp rymdfärjor ut i rymden. Vätgasdrivna flygplan förväntas inte kunna frakta många passagerare lång tid förrän tidigast på 2030-talet,[8][9] men både bränsleceller och vätgasdrivna jetmotorer studeras som ett möjligt alternativ till batteridrivna flygplan för att uppnå klimatneutralitet 2050.[10]

År 2019 producerades 98% av världens vätgas från naturgas genom ångmetanreformering, vilket släpper ut koldioxid.[11] Det kan även framställas genom elektrolys av vatten eller genom termokemiska eller pyrolytiska medel genom förnybara råvaror, men de senare processerna är för närvarande dyra. Nya tekniker är under utveckling med syfte att konkurrera med väteproduktion från naturgas.[12]

Fordon som körs med vätgasteknik drar nytta av en lång räckvidd på en enda tankning, men är föremål för flera nackdelar: höga koldioxidutsläpp om väte produceras från fossil naturgas, kapitalkostnadsbörda, lågt energiinnehåll per volymenhet vid omgivningsförhållanden, produktion och kompression vätgas, investeringen som krävs för att bygga infrastruktur för vätgastankning runt om i världen för, och transport av väte.[13][14]

PHB vätecykel-demonstrator
Centaur (raketstadiet) var den första som använde flytande väte

Vätgasproduktion[redigera | redigera wikitext]

Vätgas produceras från råvaror som naturgas och biomassa (genom biomassaförgasning) eller elektrolyseras från vatten.[15] Det kan framställas med termokemiska eller pyrolitiska medel med förnybara råvaror, men det är en dyr process. Det kan framställas genom en process som kallas termolys, eller som en mikrobiell avfallsprodukt som kallas bioväte eller biologisk väteproduktion.[16]

Fossilfri el kan dock användas för att driva omvandlingen av vatten till väte: havsbaserade vindkraft-till-väte-anläggningar, som använder elektrolys av vatten, utforskar teknologier för att leverera kostnader som är tillräckligt låga, och mängder stora nog, för att konkurrera med traditionella energikällor.[17] De utmaningar som användningen av vätgas i fordon ställs inför inkluderar lagring ombord på fordonet.

Miljökonsekvenserna av produktion av väte från fossila energiresurser inkluderar utsläpp av växthusgaser, en konsekvens som också skulle bli resultatet av omvandlingen av metanol ombord på fordonet till väte.[18] Vätgasproduktion med förnybara energiresurser skulle inte skapa sådana utsläpp, men omfattningen av förnybar energiproduktion skulle behöva utökas för att kunna användas för att producera väte för en betydande del av transportbehoven.[19]

I ett fåtal länder används förnybara källor i större utsträckning för att producera energi och väte. Till exempel använder Island geotermisk kraft för att producera väte,[20] och Danmark använder vind.[21]

Infrastruktur[redigera | redigera wikitext]

Tankning av vätgas
Tankning av en Hyundai Nexo. Observera kondensen runt handtaget; detta beror på att vätgasen expanderar, vilket gör att handtaget fryser.

Infrastrukturen för vätgasfordon består av vätgasutrustade tankstationer. De förses med väte via släpvagnar med rör för komprimerad vätgas, via tankbilar med flytande väte eller via vätgasproduktion på plats, samt via viss industriell transport via pipelines.

Norge planerar en serie vätgastankstationer längs huvudvägarna.

Lagring[redigera | redigera wikitext]

Väte har en mycket låg volymetrisk energitäthet vid omgivningsförhållanden, jämfört med bensin och andra fordonsbränslen. [22] Den måste förvaras i ett fordon antingen som en superkyld vätska eller som högkomprimerad gas, vilket kräver ytterligare energi för att åstadkomma.[23] 2018 drev forskare vid CSIRO i Australien en Toyota Mirai och Hyundai Nexo med väte separerat från ammoniak med hjälp av en membranteknologi. Ammoniak är lättare att transportera säkert i tankfartyg än rent väte.[24]

Bränsleceller[redigera | redigera wikitext]

Fördjupning: Bränslecell

Kostnad[redigera | redigera wikitext]

Vätgasbränsleceller är relativt dyra att tillverka, eftersom deras design kräver sällsynta ämnen, såsom platina, som katalysator.[25] År 2014 uppskattade tidigare Europaparlamentets ordförande Pat Cox att Toyota till en början skulle förlora cirka 100 000 dollar på varje såld Mirai.[26]

År 2020 utvecklar forskare vid Köpenhamns universitets kemiavdelning en ny typ av katalysator som de hoppas ska minska kostnaderna för bränsleceller.[27] Denna nya katalysator använder mycket mindre platina eftersom nanopartiklarna av platina inte är belagda över kol som, i konventionella vätebränsleceller, håller nanopartiklarna på plats men också gör att katalysatorn blir instabil och denaturerar den långsamt, vilket kräver ännu mer platina. Den nya tekniken använder hållbara nanotrådar istället för nanopartiklar. "Nästa steg för forskarna är att skala upp sina resultat så att tekniken kan implementeras i vätgasfordon."[28]

Vinterförhållanden[redigera | redigera wikitext]

Problemen i tidiga bränslecellskonstruktioner vid låga temperaturer när det gäller räckvidd och kallstartsförmåga har åtgärdats så att de "inte längre kan ses som show-stoppers".[29] Användare sa år 2014 att deras bränslecellsfordon fungerar felfritt i temperaturer under noll, utan att räckvidden minskar avsevärt.[30]


Referenser[redigera | redigera wikitext]

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Hydrogene vehicle, 11 december 2022.
  1. ^ Schultz, Charlotta von (30 november 2022). ”Här är första vätgasdrivna godståget – ska frakta vatten”. Ny Teknik. https://www.nyteknik.se/fordon/har-ar-forsta-vatgasdrivna-godstaget-ska-frakta-vatten-7041442. 
  2. ^ Harnesk, Tommy (5 december 2022). ”Stockholms nya höghastighetsfärjor – eldrivna bärplansbåtar”. Ny Teknik. https://www.nyteknik.se/premium/stockholms-nya-hoghastighetsfarjor-eldrivna-barplansbatar-7041537. 
  3. ^ Edgren, John (2 november 2022). ”Lufthansa konverterar Airbus till vätgasdrift”. Ny Teknik. https://www.nyteknik.se/fordon/lufthansa-konverterar-airbus-till-vatgasdrift-7040076. 
  4. ^ ”A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis”. iphe.net. Arkiverad från originalet den 7 april 2016. https://web.archive.org/web/20160407025642/http://www.iphe.net/docs/Resources/Power_trains_for_Europe.pdf. Läst 18 december 2022. 
  5. ^ ”Honda discontinues hydrogen-fuelled Clarity FCV due to slow sales” (på engelska). Autocar. 16 juni 2021. https://www.autocar.co.uk/car-news/business-tech%2C-development-and-manufacturing/honda-discontinues-hydrogen-fuelled-clarity. 
  6. ^ Williams, Keith. "The Switch from Hydrogen to Electric Vehicles Continues, Now Hyundai Makes the Move", Seeking Alpha, September 1, 2017
  7. ^ Morris, Charles. "Why Are 3 Automakers Still Hyping Hydrogen Fuel Cell Vehicles?", CleanTechnica, October 14, 2021
  8. ^ ”Planes running on batteries and hydrogen to become a reality under new group of aviation experts”. GOV.UK. https://www.gov.uk/government/news/planes-running-on-batteries-and-hydrogen-to-become-a-reality-under-new-group-of-aviation-experts. 
  9. ^ ”Airbus CEO says hydrogen plane is 'the ultimate solution' but cautions a lot of work lies ahead”. CNBC. https://www.cnbc.com/2022/02/17/airbus-ceo-says-hydrogen-plane-is-the-ultimate-solution.html. 
  10. ^ Ruud/TU, Merethe. ”Är vätgasflyg lösningen? Fem frågor (och svar) om teknikvalet”. Ny Teknik. https://www.nyteknik.se/premium/ar-vatgasflyg-losningen-fem-fragor-och-svar-om-teknikvalet-7039045. Läst 18 december 2022. 
  11. ^ "Realising the hydrogen economy" Arkiverad 5 november 2019 hämtat från the Wayback Machine.,Power Technology, 11 October 2019
  12. ^ ”Wind-to-Hydrogen Project”. Hydrogen and Fuel Cells Research. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, U.S. Department of Energy. 1 september 2009. http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_wind_hydrogen.html.  Se även ”Energy Department Launches Public-Private Partnership to Deploy Hydrogen Infrastructure”. Arkiverad från originalet den 7 juni 2014. https://web.archive.org/web/20140607042446/http://energy.gov/articles/energy-department-launches-public-private-partnership-deploy-hydrogen-infrastructure. Läst 15 november 2014. 
  13. ^ . https://www.nytimes.com/2013/11/24/automobiles/fuel-cells-at-center-stage.html?pagewanted=1&_r=1&adxnnlx=1385313339-SWDXRwwueS6Exot9wFmA%20Q. 
  14. ^ . http://www.businessinsider.com/honda-hydrogen-fuel-cell-car-future-la-auto-show-2013-11. 
  15. ^ David Z. Morris. "Why Japan wants to transform into a 'hydrogen society' Arkiverad 2016-04-04" Fortune (magazine), 21 October 2015. Quote: "Unlike gasoline, solar, or nuclear, hydrogen isn’t an energy source—just a method of energy storage. “Hydrogen is an energy carrier in the same sense that electricity is,” says David Keith"
  16. ^ Suplee, Curt. "Don't bet on a hydrogen car anytime soon" Arkiverad 2011-06-04. Washington Post, November 17, 2009
  17. ^ ”Wind-to-Hydrogen Project”. Hydrogen and Fuel Cells Research. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory, U.S. Department of Energy. 1 september 2009. http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_wind_hydrogen.html. 
  18. ^ Bossel, Ulf. "Does a Hydrogen Economy Make Sense?" Arkiverad 24 juli 2008 hämtat från the Wayback Machine., Arkiverad Proceedings of the IEEE, Vol. 94, No. 10, October 2006
  19. ^ ”US Energy Information Administration, "World Primary Energy Production by Source, 1970–2004"”. eia.doe.gov. http://www.eia.doe.gov/aer/txt/ptb1101.html. 
  20. ^ Iceland's hydrogen buses zip toward oil-free economy Arkiverad . Retrieved 17-July-2007.
  21. ^ First Danish Hydrogen Energy Plant Is Operational Arkiverad 26 september 2007 hämtat från the Wayback Machine. Arkiverad . Retrieved 17-July-2007.
  22. ^ Lanz, Walter (1 december 2001). ”Hydrogen Properties”. U.S. Department of Energy. College of the Desert. http://energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f12/fcm01r0.pdf. ”On this basis, hydrogen’s energy density is poor (since it has such low density) although its energy to weight ratio is the best of all fuels (because it is so light).” 
  23. ^ Zubrin, Robert. Energy Victory: Winning the War on Terror by Breaking Free of Oil. Prometheus Books 
  24. ^ Mealey, Rachel. ”Automotive hydrogen membranes-huge breakthrough for cars" Arkiverad 2019-06-10, ABC, August 8, 2018
  25. ^ Eberle, Ulrich; Mueller, Bernd; von Helmolt, Rittmar (15 juli 2012). ”Fuel cell electric vehicles and hydrogen infrastructure: status 2012”. Royal Society of Chemistry. https://www.researchgate.net/publication/233987484. 
  26. ^ Ayre, James. "Toyota To Lose $100,000 On Every Hydrogen FCV Sold?" Arkiverad 2015-01-03, CleanTechnica.com, November 19, 2014; and Blanco, Sebastian. "Bibendum 2014: Former EU President says Toyota could lose 100,000 euros per hydrogen FCV sedan" Arkiverad 2014-11-24, GreenAutoblog.com, November 12, 2014
  27. ^ University of Copenhagen (24 augusti 2020). ”Fuel cells for hydrogen vehicles are becoming longer lasting”. https://phys.org/news/2020-08-fuel-cells-hydrogen-vehicles-longer.html. 
  28. ^ Rossmeisl, Jan (24 augusti 2020). ”Hydrogen vehicles might soon become the global norm”. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/uoc-hvm082120.php. 
  29. ^ Telias, Gabriela et al. RD&D cooperation for the development of fuel cell hybrid and electric vehicles Arkiverad 2014-09-03, NREL.gov, November 2010, accessed September 1, 2014
  30. ^ LeSage, Jon. Toyota says freezing temps pose zero problems for fuel cell vehicles Arkiverad 2014-08-01, Autoblog.com, February 6, 2014