Store forhåpninger til hydrogen – En titt på fremtidens teknologi

Hvilken rolle spiller hydrogen i omstillingen til en utslippsfri logistikkbransje? Vi ser nærmere på energikilden H2.

Artikkelserien «Neste generasjons teknologier» presenterer funn fra forsknings- og utviklingsavdelingen, som jobber i nært samarbeid med ulike avdelinger samt med DACHSER Enterprise Lab hos Fraunhofer IML og andre forsknings- og teknologipartnere.

Transport- og logistikkbransjen har store forhåpninger til bruk av hydrogen (H2) som drivstoff, forhåpninger som viser seg å være berettiget. Hydrogen er det mest utbredte grunnstoffet i universet og det eneste som kan tilby tre muligheter for å beskytte klimaet – selv om det fortsatt er en rekke hindringer som må overkommes.

For det første kan denne flyktige gassen produseres uten å generere lokale utslipp. I en prosess som kalles elektrolyse deles vann (H2O) opp i sine bestanddeler, hydrogen og oksygen, ved å la en strøm gå gjennom vannet. Forutsatt at elektrisiteten kommer fra en fornybar kilde som sol, vind eller vannkraft, kan denne prosessen anses som klimavennlig.

Siden elektrolyse bruker nesten en tredjedel mer energi enn det som er lagret i hydrogenet som prosessen leverer, vil en grunnleggende utfordring som må løses på veien mot en bærekraftig hydrogenøkonomi være å produsere tilstrekkelig rimelig grønn elektrisitet.

Et aspekt som ofte glemmes er at elektrolyse for øyeblikket krever ferskvann som er like rent som drikkevann – og nesten ti liter vann per kilo hydrogen. Det innebærer at tørre områder med en overflod av solskinn – som gjør dem egnet til å bli viktige sentre for produksjon av H2– også må investere i avsalting av sjøvann.

For det andre er det så mange håp knyttet til hydrogen fordi det er byggesteinen for alle syntetiske drivstoff, PtL (Power-to-liquid) eller PtG (power-to-gas). Det første grunnstoffet i periodetabellen kan binde seg til karbon og oksygen for å danne en rekke hydrokarbonkjeder, herunder metan, diesel og parafin. Utfordringen her er at disse prosessene også er energikrevende.

En kjensgjerning som ofte blir oversett, er at disse drivstoffene ikke bare krever grønt hydrogen, men også karbondioksid, som først må ekstraheres fra atmosfæren. Det er bare hvis dette kan gjøres uten å produsere utslipp at det syntetiske drivstoffet som lages, vil være klimanøytralt. Avhengig av typen syntetisk drivstoff er det bare 40 til 60 prosent av energien som er til stede i den fornybare kraften som brukes i starten av prosesskjeden, som blir overført. Derfor blir slike prosesser ofte vurdert som ulønnsomme. Syntetiske drivstoff er likevel et aktuelt alternativ der elektrisitet eller hydrogen ikke kan brukes til å forsyne motorer med drivkraft eller transportere energi, for eksempel innen skips- og luftfart.

H2 som «motoren» til brenselcellen

Den tredje og viktigste grunnen til at H2 er en viktig del av løsningen, er at det kan omdannes til elektrisitet uten å slippe ut klimagasser eller luftforurensende stoffer. Det er det som skjer inne i en brenselcelle, og kan ses på som motstykket til elektrolyse. Som en del av det som kalles en redoksreaksjon, går elektronene over fra hydrogen til oksygen i luften. Dermed produseres det elektrisitet som kan brukes til å drive motorer eller lade batterier. De eneste «avfallsproduktene» her er ren damp og varme. Nyttekjøretøy benytter PEM-brenselceller (Proton Exchange Membrane = protonledende membran) som har vist seg å være svært effektive. I følge simuleringer som DACHSER har utført, ville en PEMFC swap body-lastebil brukt i underkant av ti kilo H2 per 100 kilometer.

Til tross for de positive innledende resultatene med PEM-prototypen og småbiler, er det fortsatt flere detaljer som må på plass før denne typen brenselcelle virkelig blir et alternativ å regne med. For eksempel må både hydrogendrivstoffet og oksygenet i luften som suges inn, være ekstremt rent for å forhindre at de sensitive komponentene i brenselcellen blir forurenset for raskt slik at levetiden til systemet blir forkortet. Ved siden av dyr luftfiltreringsteknologi krever dette at bilprodusentene bruker H2 5.0, noe som innebærer at hydrogenet må ha en sertifisert renhet på minst 99,999 prosent – som er et ganske drøyt krav til det samlede forsyningssystemet for H2.

En annen utfordring er å finne den beste lagringsmåten for hydrogenet i lastebilen. Skal det være i tanker som er trykksatt til 350 bar, som er vanlig i dagens busser? Eller flytende ved ekstremt lave temperaturer som flytende naturgass (LNG)? Ulike produsenter har valgt ulike tilnærminger. Det forventes imidlertid at når de avgjørende faktorene er maksimert lagringskapasitet og rekkevidde, vil en tank som inneholder kald flytende H2 sannsynligvis være det beste alternativet.

Kort fortalt har hydrogen potensial til å etablere seg ved siden av direkte bruk av fornybar energi som den avgjørende teknologien for transport og logistikk. Om hydrogen faktisk vil klare å innfri de høye forventningene, er et spørsmål som vi ikke kommer til å få svar på før mot slutten av dette tiåret. Det er stadig flere nyttekjøretøyprodusenter som prøver å forvandle denne fremtidsteknologien til en nyskapning innenfor klimavern og logistikk.

Kontakt Julie Sørum Communications Coordinator Nordic