Framtidens hållbara elbilskoncept

Transkript

1 Framtidens hållbara elbilskoncept En jämförande LCA-studie mellan en elbil och en bränslecellsbil Sofia Ulin Julia Wiebert Handledare: Peter Hagström MJ153x Examensarbete i Energi och miljö, grundnivå Stockholm 2015

2 SofiaUlin&JuliaWiebert Sammanfattning) Transportsektornsåsomdenserutidagenssamhälleärintehållbardådenstårförungefär30%av Sverigestotalautsläppavkoldioxid.Dettaberorframföralltpåattfossilabränslenutgördetfrämsta drivmedletinomtransportsektorn,ochalternativalösningarmåstedärförundersökas.tvåsådana alternativärelbilarochbränslecellsbilar.föratttaredapåvilketavdessaelbilskonceptsomhar störstmöjlighetattskapaenutsläppsfritransportsektorharlivscykelanalysergenomförtsföratt jämföradeolikabilmodellernaurettlivscykelperspektiv.detvåbilmodellersombetraktasistudien ärelbilenteslamodelsochbränslecellsbilenhyundaiix35fuelcell.analysenomfattar produktionenavdeförbilmodellernasspecifikakomponenter,vilketförelbilenärbatterietochför bränslecellsbilenbränslecellen,vätgastankarnaochbatteriet,samtanvändningsfasendäräven produktionavbränsleingår.distributionochåtervinningavbilmodellernaharuteslutitsurdenna studie.förgenomförandetavlivscykelanalysernaharprogramvaransimapro7somgertillgångtill ettstortantaldatabaseranvänts. Resultatetavstudienvisarattbränslecellsbilenharenlägreklimatpåverkanänenelbilsetturett livscykelperspektiv,medantagandetattvätgasenproducerasmedvattenkraftsproduceradel.dock finnsdetendelosäkerheteristudiensåsomvalavbilmodeller,materialochprocesservid produktionsfasensomkanhapåverkatresultatet.förattminskaeventuellaosäkerheteri beräkningarnaundersöktesytterligaretvåscenarion;ettdärvätgasensomanvändsi bränslecellsbilenproduceratsmedengenomsnittligsvenskelproduktionochettdärettmindre batterianvändesielbilen.enligtresultatetavdetförstascenariotärbränslecellsbilenävendådet bästaalternativeturmiljösynpunkt,medanelbilenskullevaraettbättrealternativomstorlekenpå batterietvarmindre. Avslutningsviskankonstaterasattdenstörstaklimatpåverkanfördebådaelbilskonceptenskerunder produktionsfasen.särskiltutmärkandeärdettaförelbilen,medanbränslecellsbilenharenhögre klimatpåverkanunderanvändningsfasen.oavsettvilketavdeundersöktaelbilskonceptensom användskommersverigestransportsektorintekunnablikoldioxidneutralinomdennärmsta framtiden,ochdetärävensvårtattavgöravilketavkonceptensomlämparsigbästföranvändningi störreskalaienframtidasvensktransportsektor. ) Nyckelord) Livscykelanalys,LCA,elbil,bränslecellsbil,vätgas,Sverigeselproduktion,GWP,SimaPro7 i

3 SofiaUlin&JuliaWiebert Abstract) Thetransportsectorintoday ssocietyisnotsustainablesinceitcontributestoabout30%of Sweden stotalgreenhousegasemissions.thisismainlyduetothefactthattheprimaryfuelsusedin thetransportsectorarefossilfuels.therefore,alternativesolutionsmustbeinvestigated.twosuch optionsthatwillbeinvestigatedinthisreportarebatteryelectricvehiclesandfuelcellvehicles.to findoutwhichofthesewouldhaveagreaterpossibilitytocreateazerovemissiontransportsector, thevehicleshavebeencomparedfromalifecycleperspectivebytheperformanceofalifecycle assessment.theinvestigatedvehiclemodelsarethebatteryelectricvehicleteslamodelsandthe fuelcellvehiclehyundaiix35fuelcell.theassessmentincludesproductionofthespecific componentsforeachvehicle,whicharedefinedasthebatteryinthebatteryelectricvehicleandthe fuelcell,hydrogentanksandbatteryinthefuelcellvehicle,alongwiththeusephaseandproduction ofthefuel.distributionandrecyclingofthevehicleshavebeenexcludedfromthestudy.the softwaresimapro7,whichgivesaccesstoseverallifecycleinventorydatabases,wasusedwhen performingthelifecycleassessments. Accordingtotheresultofthestudy,fuelcellvehicleshavealowerimpactontheclimatethan batteryelectricvehiclesfromalifecycleperspective,ifthehydrogenisproducedusinghydroelectric energy.however,anumberofuncertaintiessuchasdifferencesinthechosenvehiclemodels,and assumptionsmaderegardingthematerialsandprocessesusedintheproductionphaseofthe vehiclescouldhaveaffectedtheresult.twoadditionalscenarioswereinvestigatedtodecreasethese uncertainties;onewherethehydrogenusedinthefuelcellvehiclewasproducedusinganaverage Swedishelectricityproductionandonewhereasmallersizeofthebatteryinthebatteryelectric vehiclewasused.inthefirstscenario,thefuelcellvehiclewouldstillbethebetteroption,butinthe scenariowhereasmallersizeofthebatterywasused,thebatteryelectricvehiclewouldbethe optionwiththelowestimpactontheclimate. Itcanbeconcludedthatthegreaterpartoftheclimateimpactfromthetwovehicleconceptsoccurs duringtheproductionphase,particularlyforthebatteryelectricvehicle.thefuelcellvehicle,onthe otherhand,hasagreaterimpactontheclimateduringtheusephase.regardlessofwhichofthe investigatedelectricvehicleconceptsisused,itisnotpossiblefortheswedishtransportsectorto becomeclimateneutralwithinthenearfuture,anditisalsodifficulttodeterminewhichconcept wouldbemoresuitableforalargevscaleusageinthefutureswedishtransportsector. ) ) Key7words) Lifecycleassessment,LCA,electricvehicle,fuelcellvehicle,hydrogen,Swedishelectricity production,gwp,simapro7 ii

4 SofiaUlin&JuliaWiebert Innehållsförteckning) 1.Inledning Syfte Mål Bakgrund Elbil Historia Elbilenidag Beskrivningavtekniken Batteriet Bränslecellsbil Historia Bränslecellsbilenidag Beskrivningavtekniken Bränslecellen PEM6bränslecell Vätgas Produktion Produktionfrånfossilabränslen Elektrolys Lagringavvätgas Komprimeradgas Flytandeväte Fasthydrid Transportavvätgas Sverigesenergitillförselochelanvändning Eltillförsel Framtidsprognoser Metod Livscykelanalys Omfattningavlivscykelanalys SimaPro iii

5 SofiaUlin&JuliaWiebert Inventeringsanalysavelbil Valavbilmodellochbatterityp Beräkningavbatterivikt Produktionsfasen Elektrodpastantillanoden Elektrodpastantillkatoden Elektrodsubstrattillkatodochanod Sammanställningavkatodochanodsammansättning Elektrolyt Separator Cellbehållare BMS Produktionavmodulochbatteriförpackning Sammanställningavproduktionsfasen Användningsfasen Modelleringmedettmindrebatteri Inventeringsanalysavbränslecellsbil Produktionsfasen Produktionavbränslecellen Membranelektrodenhet Bipoläraplattor Slutplattor Produktionavbatteriet Produktionavvätgastankar Sammanställningavproduktionsfasen Användningsfasen Produktionochdistributionavbränsle Tillverkningavvätgas Distributionavvätgas Bränsleförbrukning Sammanställningavanvändningsfasen Resultat&diskussion...43 iv

6 SofiaUlin&JuliaWiebert Elbil Bränslecellsbil Jämförelseavresultat Framtidsscenario Storskaligproduktion TrenderiSverigeselproduktion Modelleringmedettmindrebatteri Jämförelsemedenbensindrivenbil Felkällor Motorochbatteri Tjänstevikt Slutsatser Framtidaarbete...58 Referenser...59 Bilaga1.Fullständigainventeringstabeller...66 ) ) ) v

7 SofiaUlin&JuliaWiebert Nomenklaturlista) Förkortning) BEV) BMS) GDL) GWP) LCA) LCI) LMO) MEA) NCA) NCM/NMC) NMP) PEM) PFSA) PTFE) PVDF) SEI) TFE) Förklaring)) Battery'electric'vehiclesyftartillenelbilvars energilagringssystemutgörsavettbatteri Battery'management'system'' Gasdiffusionsskiktibränslecellen Global'warming'potential,utsläppsommätsi koldioxidekvivalenter Livscykelanalys Life'cycle'inventory' Ettlitiumjonbatterimeddetaktivaämnet LiMn 2 O 4 Membranelektrodenhetibränslecellen Ettlitiumjonbatterimeddetaktivaämnet LiNiCoAlO 2 Ettlitiumjonbatterimeddetaktivakatodämnet LiNiCoMnO 2 NVmetylpyrrolidinon Proton'exchange'membranealternativtpolymer' electrolyte'membrane,syftartillentypav bränslecell(pemvbränslecell) Perfluorsulfonsyra Polytetrafluoroeten Polyvinylidenfluorid Solid'electrolyte'interface Tetrafluoroeten vi

8 SofiaUlin&JuliaWiebert 1.#Inledning Jordensklimatärföränderligt,ochharsåalltidvarit.Varmareperioderharvarvatsmedkallare perioder,ochkoldioxidhalteniatmosfärenharökatochminskatitaktmedattjordensklimat förändrats.varmareperioderharblandannatutmärktsavhögrekoldioxidhalter,medan koldioxidhaltenunderkallareperioderharvaritlägre.orsakernatilldettaharvaritnaturliga förändringarsåsomförändringarijordensbanaruntsolen,vulkanutbrott,asteroidnedslagochandra omständigheterutanmänskligpåverkan.sedanindustrialiseringentogfartunder1800vtaletsmitt hardockkoldioxidhalteniatmosfärenökatexplosionsartat,ochdetmestatyderpåattdetdenhär gångenärmänskligaaktivitetersombidrartillattjordensklimathållerpåattförändras(eklund, 2009).Medeltemperaturenharsedandessökatmedknapptengrad,ochmängdenkoldioxidi atmosfärenharökatfrån280ppm(parts'per'million)till400ppm,varavdenstörstaökningenhar skettefterandravärldskriget(wwf,2014). Enavorsakernatilldenglobalauppvärmningenärförbränningavfossilabränslen,vilketärden störstakällantillutsläppavkoldioxid,somärdenavväxthusgasernamedstörstinverkanpåden ökandeväxthuseffekten.utsläppavkoldioxidstårförungefär60%avdennapåverkan,ochkommer främstfrånenergivochtransportsektorn(wwf,2014;eklund,2009).enligtipcc(2014)får ytterligareomkring1000gtco 2 släppasutiatmosfärenom2vgradersvmåletskauppnås.deinuläget kändafossilbränslereservernaärdockfyratillsjugångersåstora(ipcc,2014),vilketinnebäratt störredelenavdessamåstastannaundermarkenommåletskakunnauppnås.attfortsättaanvända fossilabränslensomprimärtdrivmedelinomtransportsektornärdärförintehållbart,utan alternativadrivmedelmåsteersättadessa. BilanvändningenochvägtrafikeniSverigeharökatkraftigtunderdesenastedecennierna.Sedan 1970Vtaletharbilanvändningenökatmed70%,ochomsammatakthållerisigkommer användningenatthaökatmedytterligare20%framtillår2020(trafikverket,2013).trotsdettaså harutsläppenfrånpersonbilarminskatmed16%mellan1990och2001,vilketblandannatberorpå attdagenspersonbilarärmerenergieffektivaochattanvändningenavbiobränslenharökat (Brolinson,2014). Vägtrafiken,somenligtTrafikverketsavgränsningutgörsavbilar,bussar,lastbilarochmotorcyklar, stårisverigeförungefär30%avdetotalakoldioxidutsläppen,vilkettillenstordelberorpåatt närmare90%avdedrivmedelsomidaganvändshärstammarfrånfossilabränslen.förvarjeliter bensinsomförbrukassläppsnärmare2,5kgkoldioxidutiatmosfären(eklund,2009).primärtärdet trefaktorersombestämmervägtrafikensklimatpåverkan;hurmycketmankör,hurmycketbränsle fordonetförbrukarochvilkentypavbränslesomanvänds(trafikverket,2013).förutomatt utsläppenfråntransportsektornbidrartillklimatförändringarnasålederdeäventillblandannaten ökadövergödningochförsurninggenomutsläppavexempelviskväveoxiderochsvaveldioxider (Malmberg,2014).Dettaärdockingentingsomkommertasuppistörreutsträckningidenhär rapporten,utanfokuskommerattliggapåutsläppavkoldioxid. 1

9 SofiaUlin&JuliaWiebert Sedanoljabörjadeanvändasistörreutsträckningunderslutetav1800Vtalethardetkommitattbli denmestanvändaenergikällaninomtransportsektorn(månson,2015).främstanvändsdeniform avbensin,menävendieselochetanol,somtillenvissdelbeståravfossilabränslen,används.attdet blivitsåberortillenstordelpåoljanshögaenergiinnehåll,menävenpåattdenärbilligtochenkelt atttransportera.itaktmedattvärldenutvecklasochlevnadsstandardenökarsåökaräven energiförbrukningen.enbilflottabaseradpåfossilabränslenärintehållbar,utandetären nödvändighetattövergåtillattanvändaförnybaradrivmedel.ensådanövergångkräverdock omfattandeutbyggnaderavinfrastrukturen,somidagenslägeärbaseradpåfossilabränslen. Lösningenärinteatttabortbilen,utanattförändradentillenmerhållbarprodukt(Eklund,2009). Idagslägetfinnsettantalalternativtillenfossilbränslebaseradtransportsektor,blandannatelbilar, bränslecellsbilarochbilardrivnapåbiobränslen.detfinnsingenentydigdefinitionavvadenmiljöbil är,menenligttransportstyrelsenärdetenenergieffektivbilmedlågautsläppavkoldioxid.denska ävenhalågautsläppavkoloxid,kolväten,kväveoxiderochandrapartiklar.begreppetmiljöbilsäger ingentingomvilketbränslebilendrivsav,utandetkanvaraalltifråneltillbiobränslen,vätgasoch fossilabränslen,sålängesomutsläppenärlåga.förattklassassomensåkalladsupermiljöbilfår bilensläppautmaximalt50gramkoldioxidperkilometer(transportstyrelsen,2015).dettakan jämförasmeddengenomsnittligautsläppsnivånförnyabilar,somår2013lågpå136gramkoldioxid perkilometer(trafikverket,2014). Idennastudieharfokusvaltsattläggaspåolikaelbilskoncept.Dettavalharbaseratspåattdenna gruppavmiljöbilskonceptharbedömtshastörstmöjlighetattsåsmåningomutformaenutsläppsfri transportsektoreftersomelensomdessafordondrivspåkangörasheltutsläppsfri.enmöjlighetatt uppnåenkoldioxidneutraldriftförtransportsektornfinnsdärmedfördeolikaelbilskoncepten.iett landsomsverige,somliggeriframkantenvadgälleratthaentillstordelförnybarenergiproduktion ochdärmedredanharkommitenbrabitpåvägenmotenutsläppsfrielproduktion,kanen transportsektorbaseradpåolikaelbilbilskonceptvaraettbraalternativ.denkvarståendefråganblir dåvilketelbilskonceptsomärbästsetturettlivscykelperspektivochsomdärmedbörsatsaspåinom densvenskatransportsektorn.detvåelbilskonceptensomkommerattundersökasidenhärstudien ärelbilenochdenvätgasdrivnabränslecellsbilen.vilketavdessakonceptsombidrartilllägst klimatpåverkankvarstårattse. 1.2)Syfte) Syftetmeddennastudieärattjämföradetvåvaldaelbilskoncepten;enelbilochenbränslecellsbil, utifrånettlivscykelperspektivförattdraenslutsatskringvilkensomärmestlämpadförattuppnåen framtidautsläppsfritransportsektor.dettaskallundersökasgenomattgenomföralivscykelanalyser pårespektiveelbilskonceptmedavseendepåderasklimatpåverkanuttrycktikoldioxidekvivalenter. Utöverdettaskallelbilskonceptenbetraktasurettmerstorskaligtperspektiv. 1.3)Mål) 1. Avgränsaprojektettilltvåbilmodellersomhartillräckligtmedtillgängligadataförattkunna utföraenlca.blanddessaskadenenavaraenelbil,ochdenandraenbränslecellsbil. 2

10 SofiaUlin&JuliaWiebert UtifrånresultatenfrånLCA:njämföradeolikabilmodellernaurenhållbarhetssynpunktmed fokuspåutsläpputtrycktikoldioxidekvivalenter. 3. Betraktadetvåelbilskonceptenurettstorskaligtperspektiv,detvillsägadådeanvändsi störreutsträckningisverigestransportsektor.utöverdettaskaävenhänsyntastillolikheter hosdeolikabilmodellernasomannarsskullekunnageettmissvisanderesultatavstudien. 4. Kommaframtillvilketmiljöbilskonceptsomärlämpligastattsatsapåuren hållbarhetssynpunktmedavseendepådeutfördalcasamtövrigrelevantinformation. 3

11 SofiaUlin&JuliaWiebert 2.#Bakgrund Begreppetelbilskonceptärväldigtbrettochinkluderarettstortantalolikatekniker.Tilldessakan räknasolikasortershybridersomharbådeenförbränningsvochenelmotorsamtettbatteri.utöver hybriderfinnsävenvätgasdrivnabilarmedbränsleceller,enelmotorochivissafallävenettbatteri. Slutligenfinnsävenelbilskonceptmedenelmotorochbatterierdrivnamedelsomendaenergikälla, dettakonceptbenämnsirapportensomenelbil.detärdesistatvånämndatypernaavelbilskoncept sombehandlasidennarapport.ikommandeavsnittgesenöversiktligbakgrundfördessa elbilskoncept;elbilenochbränslecellsbilen.deolikaområdensombehandlasiavsnittetärhistoriav ochnulägesbeskrivningavelbilskoncepten,samtenbeskrivningavdeningåendetekniken.) 2.1)Elbil) Enelbilmedettbatterisomenergilagrareochsomdrivsmedenelmotorkallasoftaförbattery' electric'vehicle,ellerförkortatbev(elcarguidelines,2013).idenhärrapportenkommerdetta elbilskonceptdockbenämnassomenelbil )Historia) Detvarundermittenav1830Vtaletsomdeeldrivnafordonenförförstagångenbörjadedykaupppå marknaden.dettaskedderuntsammatidifleraolikaländer,däriblandiusa(høyer,2008).de fordonsomdökuppdåvarendastsådanasomklassassomlättviktsfordon,demerpraktiska elbilarnakominteattdykaupppåmarknadenförränmotslutetav1800vtalet(u.s.departmentof Energy,2014).Samtidigtsomutvecklingbedrevsavdeeldrivnafordonensåutveckladesparallellt meddettaolikatyperavbatterierförattkunnamöjliggöradeframstegsomgjordesförfordonen. Batterietärenväldigtbegränsandefaktorfördeteldrivnafordonet,dådetärdettasomsätter gränserförkörsträckanochladdtiden.blanddebatteriersomdökupptidigthörblyackumulatorn, ävenkändundernamnetblybatteriet,somanvändsänidagsombilbatterierifordonmed förbränningsmotorsamtävenivissaelbilar.blyackumulatornkomatttillsammansmedringvdc' motorn,somuppfannsavantoniopacinotti,attmöjliggöraframtagandetavdetförstaeldrivna fordonetiformaventrehjuling(høyer,2008). Tillenbörjansågmanväldigtpositivtpådessaeldrivnafordontackvareattdebesattenrad egenskapersomsärskildedemfrånbilarmedförbränningsmotorer(bernhardsson'&'gill,'2011).de mestsärskiljandeegenskapernahoselbilenvarattdennavartyst,lättstartadochintebidrogtill någrautsläpp,tillskillnadfråndenfossildrivnabilensominteuppfylldenågotavföregående kriterier,ochvarsavgaserbådesmutsadenerochluktadeilla'(u.s.departmentofenergy,2014). Framtills1980Vtaletanvändesfortfarandeblyflitigtibensinenförattförhindraknackandemotorer, menarbetetmedattgörabensinenblyfripåbörjadesunderdennatid.intehelleranvändes partikelfilterellerkatalytiskavgasreningförattrenautsläppen.katalytiskavgasreningdökupprunt 1975isambandmedattblyfribensinbörjadedykaupppåmarknaden(Nriagu,1990).Dettainnebar attbilavgasernaföredennatidvarmycketsmutsigaochhälsofarligarelativtdagensmoderna fossildrivnabilar(tekniskamuseet,2009).vidsekelskiftet1900vareldrivnabilarmerfrekventaän bensindrivnaiusa,menmångaproblemkringdelångaladdtidernaochdealltförkorta 4

12 SofiaUlin&JuliaWiebert körsträckornakvarstodförelbilen.detskeddemycketforskningochutvecklingförattkommarunt problemenochteknikersåsomregenerativbromsning,sominnebärattmotornutnyttjar rörelseenerginnärbilenåkernedförbackarförattladdauppbatteriet,uppfannsdåochanvändsän idagimodernaelbilar.ävenolikanyabatteritypertogsframochporscheintroduceradehybridbilen somkundedrivasbådepåelochbensin.dennadökuppförförstagångenruntår1900 (Bernhardsson&Gill,2011). År1912varelbilensomstörstpåmarknaden,menefterdettagickdetsnabbtutför(Bernhardsson& Gill,2011).Trotsallteknikutvecklingochförbättringkringelbilensåkomdenändåattkonkurrerasut nästanheltavdenbensindrivnabilendåhenryford1914börjademassproducerasintvfordpå löpandebandvilketbidrogtillattprisernapåbilennukundepressasnerordentligt(ford,2012). Elbilenkomdäremotsåsmåningomattåterigenfåupplevaframgångarunderdekommande världskrigendåoljetillgångenvarbegränsadochmångabensindrivnafordonkalladesinikrigssyften (Høyer,2008). TrotsattelbilenharkonkurreratsutavdieselVochbensindrivnabilarifleraomgångarpåmarknaden sedanelbilenförstintroducerats,hardendyktupppåmarknadenåterigen.uppsvingförelbilenhar kommitbådeisambandmedsmogproblemenrelateradetillförbränningsmotornpå1960vtalet,men ocksåsenareunderoljekrisernapå1970voch1980vtalensågselbilensomenlösningpåproblemen. DetvarävenunderdennaperiodsomAC/DCVomvandlarenuppfanns.Dennamöjliggjordeatt batteriernanukundegöraslättareeftersomendcvmotor,densortsomendasthadekunnat användastidigare,vägdemeränenacvmotor.desistnämndavardessutombilligareatttillverka vilketgynnadedenunderdessintroduktionsfaspåmarknaden(bernhardsson&gill,2011). Synenpåelbilensomenhållbarlösninginomtransportsektornharändratsöveråren.EUgickfrånatt uttryckasigomelbilensom astrategyforsustainablemobility isintransportpolicyår1992,tillatt mindreäntioårsenarekonstateraattpopularitetsvågenförelbilenvaröver.dettauttalandegjordes ibiofuel'directivesomgavsut2001,ochmotiveradesmedattelbilenintelyckatsblitillräckligt attraktivpåmarknadenföratttasigursinnischmarknadochnåmassmarknadentrotsdentidsom gåttsedandenintroduceradespåmarknaden.batteriernakonstateradesocksåsomenbegränsande faktoriutvecklingen,somhölltillbakaelbilensutvecklingmotframgång.destoraförhoppningarna somtidigarefunnitsomelbilenår1992,dådennaomtaladesitransportpolicynsomenlösninginom enhållbartransportsektor,verkadesombortblåstadåutvecklingenintegåttsåfortsommanhade hoppatspå(høyer,2008) )Elbilen)idag) ElbilsmarknadenharidagslägetintehunnitfåettstadigtfästeiSverige,menhardäremotväxtfram starktdesenasteåren.nuerbjudernästanallastörrebiltillverkareåtminstoneettelbilsalternativi formavenelbilellerhybridvelbil.blanddessakannämnasmitsubishi,volvo,nissan,wolkswagen, BMVochTesla(Bärtås,2015).EttteckenpåelbilensframfartärdetfaktumattTeslasModelSblev utnämndtillåretsbil2012.dettakanävenspeglaelbilensökandestatusisamhälletdåelbilarnu kommitlångtnogiutvecklingenförattkunnakonkurreramotövrigabilarpåmarknaden,oavsett drivmedel(adlercreutz,2015).

13 SofiaUlin&JuliaWiebert År2013utsågsTeslasModelStillåretsbilochåretdäreftervarModelSdenmestsåldaelbileni Sverige(Blomhäll,2014).SammaårunderdetförstakvartaletvarTeslaModelSdenmestsåldabilen inorge(abrahamson,2014a).jämförmanländernasförsäljningssiffrorfördenspecifikabilmodellen kandetkonstaterasattdessaskiljersigrejältåtländernaemellan.detsåldestotalt21styckeni Sverigeunderhelaåret(Blomhäll,2014),och2056styckeniNorgebaraunderdetförstakvartalet (Abrahamson,2014a). ISverigesåldesrunt1500styckenelbilarår2014.Dettamotsvararendrygfjärdedelavallasålda laddningsbarabilar,majoritetenavdessautgjordesnämligenavolikahybridvelbilar.en bakomliggandeorsakkanvaraavsaknadenavelbilsanpassadinfrastrukturisverigeidagsläget.med dettamenasattdetfinnsförfå,ochintetättnogplacerade,laddstolparilandet.dockkanelbilen laddaspåandrasättänmedhjälpavenladdstolpe,detfungerarnämligenävenattladdabileniett vanligteluttag.ettproblemmeddensistnämnaversionenavladdningärattdenresulterarien avsevärtlängreladdtid(bärtås,2015) )Beskrivning)av)tekniken) Detfinnsettantalgenerellamodulersomåterkommeriolikaelbilar,dessaåtergesifigur2.1.Som kankonstaterasutgörsdehuvudsakligamodulernaienelbilutavbatteriet,elmotorn,kraftelektronik, elektriskasystem,laddningssystemsamtstyrv,bromsvochsuspensionssystem(elcarguidelines, 2013). Figur2.1.Deåterkommandemodulernaiolikaelbilsmodeller.Bildenärenmodifieradversionav Figure'3:' Main'building'block'of'BEVs'and'serial'PHEVs ielcarguidelines(elcarguidelines,2013). Ielbilaranvändsenelmotorförattdrivabilen.Detsomsärskiljerenelbilfrånövrigaelbilskonceptär attdesselmotorfårallenergifrånettbatteriifordonet.denvanligasteelmotornsomanvändspå marknadenärpermanentmagnet,borstlös'dcvmotorn.verkningsgradenfördessamotorerbrukar liggastraxöver90%(elcaguidelines,2013).somjämförelsekannämnasattenbra förbränningsmotormöjligtviskanuppnåenverkningsgradpå35%(ekroth&granryd,2013). 6

14 SofiaUlin&JuliaWiebert Elmotornkandärmedutformassåattdenblirlättareänenförbränningsmotor,mensamtidigt uppmätasammamärkeffekt(besselink,2010). Utöverelmotornochbatterietfinnsdetettantalandramodulersomärväsentligaielbilen,bland annatettantalelektroniskakomponentersommöjliggörenergiöverföringenmellanbatterietoch elmotorn.andrakomponentersomräknastillsamlingsgruppenkraftelektronikstårförinbromsning samtuppladdningavbatterietvidinbromsning,detsistnämndaärävenkäntunderbenämningen regenerativbromsning(elcaguidelines,2013) )Batteriet) Ienelbilärdetbatterietsomagerarenergilagrare,motsvarandebensinellerdieselienbilmed förbränningsmotor.enbegränsandefaktorförutformningenavenelbilutgörsdärmedavbatteriet, dådessstorlekochtyngdbegränsarbilensenergilagringsförmågaochdärmeddesskörsträckamellan laddningar(elcar,2013).batterietutgörsavettstortantalcellersomtillsammansutgörett batteripack,ochstandardmässigtbrukarantaletcellerienkompaktbilsbatteriliggakring2000(lowe etal.,2010). Denvanligastebatteritypensomanvändsförolikaelbilarärdetuppladdningsbaralitiumjonbatteriet, vilketvanligenförkortastilllioionfråndetengelskanamnetlithium'ion'(elcar,2013).detfinnsett stortantalvarianteravlitiumjonbatterierochtilldessahördeolikabatteriersomblandannattesla användersigavisinabilar(teslamotors,2015a).enavhuvudanledningarnatillattlitiumjonbatterier användsfrekventärderashögaenergidensitet,sommedförattbatteriernakangörasmerkompakta ochlättautanförloradeffektjämförtmedandraalternativmedlägreenergidensitet(loweetal., 2010).Dettaärenviktigegenskapdåmaneftersträvarattminimerabilensviktochdärigenomdess energiförbrukning.batterietsviktärenviktigparameterattbetraktavidminimeringavbilensvikt eftersombatterietutgörmellan15v35%avbilenstotalamassa(besselinketal.,2010). Litiumjonbatteriertarävenlångtidpåsigattladdauravsigsjälva(Dingetal.,2011).Livstidenärlång ochliggervanligenkring2000cykler(summerfield,2013).batterietsaktivaanodmaterialutgörsofta avgrafitmedandetaktivakatodmaterialetvarierartillstörregradmellanolikalitiumjonbatterityper (Loweetal.,2010).Allalitiumjonbatterierhardärmedintesammatypavkatodsammansättning, utandetfinnsmångaolikavarianteribrukpåmarknaden.dengemensammanämnarenför varianternaavaktivakatodmaterialärattsamtligainnehållerlitiumiolikasammansättningar,därav batterietsbeteckninglitiumjonbatteri(dunnetal.,2014).valetavaktivtanodmaterialärsomnämnt oftastgrafitmendetförekommerävenvariantermedsammansättningarblandannatavhårtkol, kiselochlitiumvtitanpåmarknaden(groot,2006). Denkemiskaprocessensomskeribatterietärigrundensammafördeolikakombinationernaav katodochanodsomfinnsförlitiumjonbatterier.dåenurladdningskeravbatteriet,detvillsäga underdenprocessdåbatterietförserettsystemellerenkomponentmedström,såjoniserasförst litiumianodenochavgestillelektrolyten.litiumjonernafärdasdäreftertillkatodengenomen separatoriporösplast.elektroneravgesfrånanodenochrörsigienyttrekretstillkatoden,vilket innebärattenströmuppstårmellankatodochanod.närbatterietsedanladdasuppbeläggsanoden

15 SofiaUlin&JuliaWiebert medlitiumjoner(loweetal.,2010).någravanligtförekommandekatodvalförlitiumjonbatterierär LiNiMnCoO 2,LiNiCoAlO 2,LiMn 2 O 4 (Luetal.,2013),LiFePO 4 ochlicoo 2 (Groot,2006). Andravarianteravuppladdningsbarabatterierutöverlitiumjonbatterierförekommerhosolika elbilar,däriblandnickelmetallhydridbatterier.användningenavdessabatterierielbilarhardock generelltsettminskattillföljdavattdetillstordelkonkurreratsutavlitiumjonbatterierna. Nickelmetallhydridbatteriernaärbilligareatttillverkaänlitiumjonbatteriernamenharettantal påtagliganackdelarrelativtdessa.litiumjonbatteriernasövertagliggerfrämstiattdeharenhögre energidensitetochärmerstabilaännickelmetalhydridbatterierna.utöverdettabesitteräven nickelmetalhydridbatteriernaenstörreriskattantändasvidöverhettning,vilketkanuppståvidtill exempelladdning.dettasätterhögrekravpåkylsystemochelektroniskövervakninghosbatterierna ochbidrartillenökningavviktenmedcirka50%(melin,2015). Batterierminskaribådekapacitetocheffektnärdeåldras.Detfinnstvåklassningaravåldrandesom berörbatterier,vilkaäråldrandeitidochiantaletcyklersomgenomförts.engenomfördcykel medförattbatterietladdashelt,förattdärefterladdasur.huvudorsakentilleffektförlusteri sambandmedökandeantalgenomfördacyklerärattandelenaktivtkatodvochanodmaterialsom deltariprocessenminskar.närdetgällerbatterierielbilarärenminskningikapacitetenavstörre skadaänenminskadeffekteftersomdetförstnämndainnebärattbilenfårkortareräckviddpåfull laddning.genomattbetraktaminskningenikapacitetmedtidkanmandärmedavgörahurlång livslängdbatteriethar,detvillsägahurlängedenfortfarandeäridugligtskickförattanvändassom batteriibilen(groot,2012).dockangerolikabilleverantörervidanvändningavlitiumjonbatterieti sinaelbilsmodellerattbatteriernaharkvarcirka80%avsinursprungligakapacitetvidslutetav fordonetslivslängd,vilketliggerovangränsenförvadsomräknassomettdugligtbatteriskick.detta medförattdålivscykelpåverkanbetraktasistudienbehöverendastmiljöpåverkanrelaterattill produktionavettlitiumjonbatteriperfordontashänsyntill(laddbil,2015),iochmedattbatteriet intebehöverbytasut. 2.2)Bränslecellsbil) Enbränslecellärenelektrokemiskcellsomomvandlarkemiskenergifrånettbränsletillelektrisk energigenomenredoxreaktiondärbränsletochettoxidationsmedelutgörreaktanterna.vanligast ärattanvändavätgassombränsleochsyrgassomoxidationsmedel.egenskapernahosenbränslecell liknartillstordeldehosettbatteri,medskillnadenattproduktionenavelektricitetkanfortgåså längesombränsleochoxidationsmedeltillförscellen.detsombegränsarbränslecellenslivslängdär iställetkorrosionocheventuellafelpådeingåendekomponenterna(behling,2013) )Historia) BränslecellenuppfannsavengelsmannenWilliamGroveår1839.Genomattanvändasigavtvå platinaelektroderomslutnaavbehållareinnehållandesyrgasrespektivevätgasupptäcktehanatt elektriskströmgenereradesdåelektrodernasänktesnerienbehållaremedsvavelsyra.teknikenkan beskrivassomenomvändelektrolyssominnebärattvätgasochsyrgasbildasgenomattelektrisk strömtillförstvåelektrodernedsänktaivatten.tankenvardåattiställetföratttillföraenergiskapa energigenomattomvandlavätgasochsyrgastillvatten(behling,2013). 8

16 SofiaUlin&JuliaWiebert Isambandmedattmiljöproblemenbörjadeuppmärksammasunder1960Vtalet,ochkärnkraften ifrågasättasnågraårsenare,sågsvätgasochbränslecellersomettmöjligtalternativfördetsvenska energisystemet.framföralltunderslutetav1970vtaletvardetmångasomansågattenergisystemet bordeförändras,ochbränslecellensågsdåblandannatsomettalternativtillförbränningsmotorn tackvaredesshögaverkningsgradochlågamiljöpåverkan.detansågsävenvaranågontingsom skullekunnainförasdirektutifrånredanbefintligteknik.ettantalprototyperavbränslecellsbilar fannsochprovkördesunderdenhärtiden,vilkaantingenutgjordesavombyggdakonventionella bilarellerspecialbyggdaprototyper.denstörstafråganvarhurvätgasenskulleproduceras,ochdet fannsunderdentidentrehuvudsakligaalternativ;frånförnybaraenergikällorsåsomsol,vindoch vatten,frånkärnkraftellerfrånfossilabränslen(hultman,2010). Undermittenav1980VtaletstartadesettprojektvidnamnWELGAS(Wind,ELectricity,Gas)i Härnösandmedenvisionomettvätgassamhällebaseratpåförnybaraenergikällor.Vätgasen beskrevssomdetoptimaladrivmedletmedrentvattensomsinendarestprodukt.tankenvarattden produceradevätgasenskullekunnaanvändasbådesomdrivmedel,tilluppvärmningavbostäderoch elproduktion.detfannsdockkritikertillvätgassamhälletochintressetförprojektetsvalnadeså småningom,främsteftersomprojektetutgickfrånensmåskaligenergiproduktioniställetfören storskalig(hultman,2010). Efterfolkomröstningenår1980därdetbeslutadesattkärnkraftenskulleavvecklas,samtidigtsom intressetförettvätgassamhällebaseratpåförnybaraenergikällorsvalnatvillemanunder1990vtalet iställetdrivabränslecellermedvätgasproduceradutifrånfossilabränslen.tankenvarattmanville omvandlafossilabränslentillettannatutsläppsfrittbränsleförattpåsåsättskapaenavgasfribilism. År1997presenteradebilföretagetChryslerenvätgasdrivenbilmodellmedbränsleceller,ochungefär samtidigtbörjadevolvoochfleraandrabilföretagattintresserasigförvätgastekniken.chryslersbil drevsmedbensinsomomvandladestillvätgasibilen,vilkenisinturblevtillelektriciteti bränslecellernasomdrevbilenframåt.dettaskullelösadenproblematiksomannarsfannsmed hanteringavvätgasombilentankasmedvätgas(hultman,2010). Under2000Vtaletfortsattesatsningarnapåvätgasochbränsleceller.SamarbetenskapadesinomEU ochusa,ävenhärmedfossilatillgångarsomfrämstaenergikällatillframställningenavvätgas,bland annateftersomdessaansågsfinnasinärmastoändligatillgångar.deutredningarsomgenomfördes försökteframställafossilaresursersomkolochnaturgassomhållbara.bränslecellerframhöllsäven desomhållbaraochbättrealternativänkonventionellabilarutanattframställningenavvätgasen diskuterades.isverigestartadesår2003gruppensamvätepåvästkustensomfungeradesomen samordnareförbränslecellerochvätgasisamhälletochhadeenambitionomettframtida vätgassamhälle.ävenandraorganisationerifrämstgöteborgsområdetarbetademedbränsleceller ochvätgas,ochmanbörjadealltmerläggafokuspåtransportsektorn(hultman,2010) )Bränslecellsbilen)idag) Bränslecellsbilenharännuintehaftsittstoragenomslag,mendetfinnsettflertalprojektochaktörer världenöversomarbetarmotettframtidavätgassamhälle,ochflerabiltillverkaresatsarpå

17 SofiaUlin&JuliaWiebert bränslecellsdrivnabilar.år2009gickbiltillverkarnadaimler,ford,gm/opel,honda,hyundai,kia, Renault,NissanochToyotautgemensamtmedattmankommerattproducerahundratusentalsbilar drivnamedbränslecellerfrånochmedår2015,ochmångatrorattjust2015kommerattbliåretdå bränslecellsbilenslårigenompåriktigt. Toyotaärenavdebiltillverkaresomsatsarpåbränsleceller,ochdekomnyligenutmedsinförsta kommersiellabränslecellsbilmiraisombörjadesäljasijapanunder2014ochsomkommertilleuropa samtusaunder2015(toyota,2015).intressetfördennabilvisadesigvaramycketstörreänvad manfrånbörjanhadetrott,ochbaraunderdenförstamånadensedanbilenlanseratshadetoyota fåttin1500beställningarijapan.dettakanjämförasmeddentänktaårsproduktionenpåtotalt700 bilarunder2015(abrahamson,2015).modellenanvänderenpemvbränslecellsstack(enbeskrivning avpemvbränslecellenfinnsiavsnitt2.2.5)på114kw,tvåvätgastankargjordaavkolfibrerpåtotalt 122,4litersomtankasmedvätgasvidetttryckpå700bar,samtettnickelmetallhydridbatteri(Vätgas Sverige,2014).ÄvenHyundailiggeriframkantmedsinbränslecellsbilix35somfinnspåmarknaden. ÄvendennamodellanvänderenPEMVbränslecellsstack,menmedeneffektpå100kW.Vätgasen lagrasävenhäritvåtankargjordaavaluminiumlegeringochkolfibrervidetttryckpå700bar,och harentotalvolympå144liter.detbatterisomanvändsärett24kwlitiumbatteri(hyundai,2015a). TvåavdessabränslecellsbilarfrånHyundaifinnsidagiSverige,ochärdeendavätgasbilarnaiSverige änsålänge.iövrigaskandinavienfinnsförutomettantalhyundaiix35ävenettfåtalmercedesvbenz BVclassFVCELLochMazdaRXV8REHydrogeniNorge(SHHP,2015).Bränslecellsbilarärpågånghos fleraandrabiltillverkare,blandannathondasomkommerutmedennymodellunder2016 (Abrahamson,2014b). IvärldenliggerKalifornieniframkantenvadgälleranvändningenavbilarmedbränslecellerdrivna medvätgas,medandetieuropaärtysklandsomsatsarmestpåtekniken.ävensverige,norgeoch DanmarkingåriettpartnerskapkallatScandinavian'Hydrogen'Highway'Partnership(SHHP),som arbetarförattskandinavienskablientidigregionieuropaatterbjudavätgassomtillgängligtbränsle förvägtrafiken(vätgassverige,2015).änsålängefinnsdetdockbaraentankstationförvätgasi Sverige,dennaärbelägeniMalmöochinvigdesofficielltijuni2014.Fyratillärdäremotpågångi Arjeplog,Falkenberg,StockholmochGöteborg,vilkaberäknasvaraklaraislutetav2015.Planenär attsverigesåsmåningomskaha29vätgastankstationerspriddaöverlandet(pröckl,2014) )Beskrivning)av)tekniken) Ienbränslecellsbildrivenavvätgasingårminstenbränslecell,enbränsletankochenelmotor.Ett batterikanocksåingå,ochfordonetbenämnsisådanafallsomenhybrideftersomenergikan tillföraselmotornbådefrånbränslecellenochbatteriet.strömkandågådirektfrånbränslecellentill elmotorn,ellersåkandengåförsttillbatterietochdärifrånvidaretillelmotorn.enfördelmeddetta alternativärattbränslecellenskapacitetdåkanvaralägreänelmotornsiochmedattbatterietkan laddasuppnärenerginintebehövs.alternativtkanbränslecellsbilenfungerasomenplugvinhybrid därbatteriladdningenskernärbilenärparkeradellertankas.utöverdessakomponenterbehövs ävennågonformavkontrollsystemsomkontrollerarbränsleflödet,ochombränslecellenäravpemv typ(seavsnitt2.2.5förytterligarebeskrivning),somdeflestabefintligabränslecellsbilarär,måste detdessutomfinnasettsystemsomsertillattfukthaltenhållspåenoptimalnivåförattelektrolyten

18 SofiaUlin&JuliaWiebert inteskatorkaut(sørensen,2012).ifigur2.2visasettexempelpåhurenbränslecellsbilkanvara uppbyggd. Figur2.2.Allmänuppbyggnadavenbränslecellsbil(eLCArguidelines,2013;Sørensen,2012) )Bränslecellen) ) Denkanskeviktigasteochmestutmärkandekomponentenienbränslecellsbilärbränslecellen.En bränslecellbeståravfyrahuvudkomponenter;ennegativtladdadelektrod(anod),enpositivtladdad elektrod(katod),enelektrolytsominnehållerladdadejonerochgördetmöjligtförjonerattrörasig mellanelektroderna,ochnågonformavelektriskkretssombindersammanelektroderna.bränsle, oftaiformavvätgastillförsanodenmedansyrgastillförskatoden.genomdenreaktionsomdärpå skerkommervätgasenattoxiderasochelektronerattavgesvidanoden.dessaelektronerrörsig genomdenelektriskakretsentillkatodenochgenererarelektriskström,medanväteprotonernarör siggenomelektrolytentillkatodendärdetasuppavsyret,varpåvattenochvärmebildassom slutprodukt.reaktionenkandocksenågotannorlundautförolikatyperavbränsleceller. Elektrolytenfungerarförutomsomettmediumdärjonertransporterasävensomenbarriärsom hindrarsyrgasenochvätgasenfrånattreageramedvarandra.denreaktionsomskerkanbeskrivas medhjälpavekvation2.1,2.2och2.3. "#$:2 4 4 (2.1) "#$%: (2.2) "#$%#:2 2 (2.3)' Denelektriskaströmsombildasisambandmedreaktionenkandärefteranvändasförattdriva elmotorn,alternativtlagrasibatterietförattsedananvändasnärströmmenbehövs.förattkunna produceraenstörremängdelektricitetänenenskildcell,sombarakanproduceraruntenwatt, bestårvanligtvisenbränslecellavflerasådanahärcellerkoppladeiseriemedvarandratillvadsom kallasförenstack.utöverbränslecellsstackenmåstedetävenfinnasettsystemkopplattilldenna somblandannatbeståravkylsystem,vattenledningssystem,någonformavkomponentsom 11

19 SofiaUlin&JuliaWiebert konverterardenlikströmsomproducerastillanvändbarväxelström,samtkomponentersom ansvararförtillförselavvätgasochsyrgas.vattenledningssystemetanvändsförattkunna återanvändadetvattensombränslecellensläpperutiställetföratttillföranytt(behling,2013).ofta användsenkatalysator,tillexempelplatina,förattfåväteatomernaattdelasuppiprotonerochpå såsättpåskyndareaktionen.jämförtmedenbensindrivenbilharbränslecellsbilenungefären dubbeltsåhögverkningsgrad(macfie,2002). Detfinnsfleraolikatyperavbränsleceller,vilkabrukarnamngesutifrånvilkentypavelektrolytsom användsicellen.devanligastetypernaärpemvbränslecellendärpemstårförproton'exchange' MembranealternativtPolymer'Electrolyte'Membrane,fosforsyraVbränslecellen,smältkarbonatV bränslecellen,fastoxidvbränslecellenochdirektmetanolvbränslecellen(masoni&zamagni,2011).av dessaärpemvbränslecellendensomfrämstanvändsinombilindustrinidagsläget,ochdennavariant kommerkortattbeskrivasidetkommandestycket )PEM7bränslecell) PEMVbränslecellenharfunnitssedan1960VtaletdådenanvändesavNASApåderasförsta bemannaderymdskepp(behling,2013).elektrolytenidennabränslecellutgörsavettfastledande polymermembransomäromgivetavenkatalysatoriformavädelmetallenplatina(macfie,2002). PEMVbränslecellenansesvarabästlämpadattanvändasifordonochandrasmåskaligastationära sammanhang.dettaberorfrämstpåattbränslecellenärlättatthantera,blandannatdådenarbetar vidlågatemperaturerpåomkring60v80 C,denärlitenochkompakt,ochattdesselektrolyttill skillnadfrånmångaandrabränslecellerinteutgörsavfrätandeämnen.denlågaarbetstemperaturen görattbränslecellenärsnabbstartad,ochdenfungerarvidtemperaturernedmot0 Cochlägre. Verkningsgradenliggerpå50V60%.Redan1994användesenPEMVbränslecellidetförsta vätgasdrivnabränslecellsfordonetavdaimlervbenz(behling,2013). Trotsdessmångafördelarärdenkanskestörstanackdelenattplatinaanvändssomkatalysatorvid bådeanodenochkatoden,eftersomreaktionshastighetenannarsärförlåg.platinaärettväldigtdyrt material,ochdessutomärdetenbegränsadresurs.pemvbränslecellenärävenkänsligförkoloxid somkanförekommaismåmängderibränsletochsättasigpåkatalysatornvidanoden,vilket försämrarbränslecellensprestanda.dettaställerkravpåattvätgasenmåsterenasfrånspårav koloxid,någontingsomledertillökadekostnader.enannannackdelärattelektrolyten,somofta beståravettmembranavperfluorsulfonsyra,ärdyrochintesåeffektivt.denärävenkänsligför uttorkningochkräverhelatidenenvisskoncentrationavvattenföratthållafukthaltenkonstant (Behling,2013). 2.3)Vätgas) Vätgasärenenergibärarebeståendeavtvåväteatomer,somkananvändasförattlagraoch transporteraenergi.detäralltsåingenenergikällaisig,utandenmåsteproducerasmedhjälpav någonannanenergikälla.vidförbränningavvätgasbildasendastvatten.ävenomsjälva bränslecellenintesläpperutnågotannatänvattenkanutsläppskevidproduktionenavvätgas, beroendepåhurdennagårtill.förutomvätgasenspotentialsomdrivmedeltillfordonanvändsdeni storutsträckninginomindustrin.blandannatgenomreaktionmedkväveförattbildaammoniaksom

20 SofiaUlin&JuliaWiebert användsvidproduktionavkonstgödsel,vidtillverkningavplasterochsprängämnen,ochsombränsle iraketmotorer(macfie,2002). Väteärdetvanligastegrundämnet,ochutgöromkring75%avuniversumsbeståndsdelar.Ämnetär gasformigtvidtemperatureröver 252,7 Cochsedanflytandenedtillfryspunktensomliggervid 259,14 C.Gasenärintegiftig,menkanikontaktmedsyrevaraexplosiv.Trotsdettaanses hanteringenavvätgasintevaramerfarligänhanteringenavexempelvisbensin(macfie,2002) )Produktion) Detfinnsfleraolikasättattframställavätgas,bådeutifrånfossilabränslensåsomnaturgasoch utifrånförnybaraenergikällorsombiomassaellergenomelektrolysavvattenmedhjälpavel produceradfråntillexempelvindv,solvellervattenkraft.denvanligastemetodenidagslägetäratt tillverkavätgasgenomångreformeringavnaturgas(iea,2006).hurvätgasenproducerasbidrartill vilkenklimatpåverkanenbränslecellsbilkommeratthaunderdesslivscykel,ochdetoptimalaskulle varaattproduktionenskerheltutifrånförnybaraenergikällorförattfåensåklimatneutralprocess sommöjligt )Produktion)från)fossila)bränslen) Denvanligastemetodenförattproduceravätgasärgenomångreformeringavnaturgas,menäven reformeringavkolanvänds.vidångreformeringavnaturgasomvandlasmetanochvattenångatill vätgasochkoloxidgenomenendotermreaktion.reaktionenskervidentemperaturpåomkring700v 850 Cochetttryckpå3V25bar.Värmentillförsoftagenomförbränningavendelavnaturgasen. Ungefär12%avproduktgasenutgörsavkoloxid,vilkenisinturkanreageramedvattenångaoch bildakoldioxidochvätgas.reaktionernaredovisasiekvation2.4och2.5(iea,2006). ä"# " 3 (2.4) " ä"#(2.5) Tillverkningavvätgasmedkolsomenergikällaskergenomettantalförgasningsprocesser.Även dennaprocessskergenomenendotermiskreaktionvidhögatemperaturerdärkolifastfas tillsammansmedvattenomvandlastillvätgasochkoloxidgenomreaktionenredovisadiekvation2.6. () ä"# " (2.6)''''' Ävenhärskerenföljdreaktiondärkoloxidenreagerarmedvattenochbildarkoldioxidochvätgas.En nackdelmeddennametodärattdenärdyrareänframställningfrånnaturgas.detärävenenmer komplexmetodattframställavätgaspå,mendetfaktumattdetfinnsstoraresurseravkolgöratt dettrotsdettaärenmetodsomanvänds(iea,2006) )Elektrolys) Denvanligastemetodenförattproduceravätgasutandirektanvändningavfossilabränslenär genomelektrolys.dennametodkandockansesvarabådeförnybarochickevförnybarberoendepå hurdenelektricitetsomanvändsharproducerats.enelektrolysärenpåtvingadredoxreaktiondär

21 SofiaUlin&JuliaWiebert elektricitettillförs,somblandannatkananvändasförattomvandlavattentillvätgasochsyrgas. Dennatypavelektrolyskallasförvattenelektrolys,ochkanbeskrivasgenomreaktionsformelni ekvation2.7(iea,2006). 2 "#$%&'&$$ 2 (2.7) Detfinnsolikatyperavvattenelektrolys.NågraavdessaäralkaliskelektrolysochPEMVelektrolys.Vid enalkaliskelektrolysanvändsenvattenlösningmedkaliumhydroxidsomelektrolyt.vanligtvis användsidennatypjärn,nickelellernågonformavnickellegeringsommaterialtillelektroderna (Grasman,2013).Reaktionenbörjarmedattvattnetielektrolytendelasuppiväteprotoneroch hydroxidjoner.dessareagerarsedanvidanodenrespektivekatodenenligtreaktionernaiekvation 2.8,2.9och2.10(IEA,2006). "#$:4 2 4 (2.8) "#$%:4 4 2 (2.9) "#$%#:2 2 (2.10) VidenPEMVelektrolysanvändsettfastämneiformavpolymermembransomelektrolytföratt transporteraväteprotonerfrånanodentillkatoden.oftaanvändsenkatalysatoriformav exempelvisplatinaellerruteniumpåelektroderna(grasman,2013).reaktionernasomskerärdå somföljeriekvation2.11,2.12och2.13(iea,2006). "#$:2 4 4 (2.11) "#$%:4 4 2 (2.12) "#$%#:2 2 (2.13) Dentotalareaktionenförenvattenelektrolysäralltsådensammaoavsettvilkentypavelektrolytsom används.avdessatvåtyperavvattenelektrolysharpemvelektrolysenflerafördelariformavatt vätgasenochsyrgasensomavgesärrenareviddennaelektrolys,samtattdenkrävermindretillförd energi(grasman,2013).nackdelarärdockattpemvelektrolysärkostsam,ochattalkaliskelektrolys ärenmermogenochutveckladmetod(iea,2006) )Lagring)av)vätgas) Efterattvätgasenharproduceratsbehöverdenlagraspåettellerannatsätt.Detvanligastesättetatt lagravätgaspåäriformavenkomprimeradgas,menlagringenkanävenskeiformavflytandeväte, ellerfastiformavmetallhydridochandrakemiskasubstanser.vilkentypavlagringsompassarbäst berorpåhurvätgasenskaanvändas.omdenskaanvändasinomtransportsektornmåstelagringen skeienvolymsomrymsifordonet,ochdetfårhellerintevägaförmycketeftersomdettakan påverkafordonetskapacitet(sørensen,2012) )Komprimerad)gas) Lagringiformavenkomprimeradgasskervanligtvisitryckbehållaremedtryckpåomkring100till 700bar.Komprimeringavgasärenprocesssomkräverenergi.Hurmycketenergisomkrävsberor påvilketsättkomprimeringensker,tillexempelisotermisktelleradiabatiskt.vidanvändningi 14

22 SofiaUlin&JuliaWiebert personbilarärdetönskvärtmedetttryckpå700barförattgasenskainnehållaentillräckligmängd energi(sørensen,2012).dettaärdettrycksomanvändsvidtankstationenimalmö,menäventryck på350baranvändsinombilindustrin(energigassverige,2010). Tryckbehållarnaäroftagjordaavstålelleraluminiumbekläddstål.Föranvändningipersonbilarär docktankargjordaavfiberettlämpligarealternativdådessavägermindre.vanligtärdåattanvända kolfibrermedeninsidaavpolymerochsedanomslutadettamednågotskyddandematerial (Sørensen,2012) )Flytande)väte) Förattlagraväteiflytandeformkrävsenlagringstemperaturpåminst 253 Comlagringenskervid atmosfärstryck.vätelagratidennaformkallasävenförkryogentväte.attkylavätetären energikrävandeprocess.ettannatalternativärattlagravätgasenlöstienannanvätska,tillexempel natriumborhydrid(nabh 4 )(IEA,2006).Flytandeväteharetthögreenergiinnehållänväteigasform, mendetkräverävenattmerenergitillförsförattomvandlavätgasentillflytandetillstånd.omkring 30V40%avenergingårförloradidennaprocess(IEA,2006).Efteratthaomvandlatstillflytandeform kanvätetlagrastillexempelikärlbeståendeavettflertalmetallagersepareradeavisolerande material.ettproblemmedattlagraväteiflytandeformärattförlusteriformavförångningalltid skerivissmåntillenföljdavatttrycketikärletkontrollerasgenomluftventiler,elleromkärletinte ärtillräckligtisolerat(sørensen,2012).denfrämstafördelenmedattlagraväteiflytandeformärdet högaenergiinnehålletpervolymenhet(iea,2006) )Fast)hydrid) Detsistaalternativetärattlagravätetiföreningmednågotfastämnesomtillexempelenmetall ellerandrakemiskasubstanser.idennaformkallasvätetförenhydrid.närvätetförenasmeddet fastaämnetavgesenergi,menförattfrigöravätetmåsteenergitillföras.vidlagringsom metallhydridkanmerändubbeltsåmycketvätelagraspåsammavolymsomflytandeväte,vilketgör dettillenmerkompaktlagringsform(sørensen,2012).viktenblirdockbetydligthögreeftersom varjemetallatomendastkanbindaettfåtalväteatomer.förattlagra1kgvätekrävsenviktpå omkring50kgmetallhydrid(bossel,2006).exempelpåhydriderdärvätekanlagrasär magnesiumhydrid(mgh 2 )ochnickelhydrid(nih)(sørensen,2012) )Transport)av)vätgas) Transportavvätgaskanskegenomtransportibehållareilastbil,tågellerlastfartyg,elleripipelines. Behovetavtransporterberorpåomvätgasenharproduceratscentraliseratellerdecentraliserat.Vid encentraliserad,storskalig,produktionärbehovetavtransporterstörre,menkostnadernaföratt produceravätgasensannoliktlägreänvidendecentraliseradproduktionsomskerimindreskalapå platsdärvätgasenanvänds,tillexempelvidentankstation.encentraliseradproduktionkräverdock attdetfinnsenutbyggdinfrastrukturföratttransporteravätgaseniformavpipelinesellerandra transportalternativ,någontingsomintebehövsvidendecentraliseradproduktion. Produktionskostnadernaäralltsåhögrevidendecentraliseradproduktion,menkostnadernaför lagringochtransportavvätgasenblirlägre(iea,2006). 15

23 SofiaUlin&JuliaWiebert 2.4)Sveriges)energitillförsel)och)elanvändning) Sverigesförutsättningarförenklimatvänligenergiproduktionärstorrelativtandraländertackvare enstorpotentialförblandannatnyttjandeavvattenkraftochbiobränslen.vattenkraftenäridagväl utbyggdisverigemed1800vattenkraftverk,varavrunt200hareninstalleradeffektpååtminstone 10MW(Englund,2009).Vattenkraftensfortsattautbyggnadbegränsasdockavmiljöbalken,därdet fastställsattfyraälvarskabevarasochalltsåintefårexploaterasförutvinningavvattenkraft (Sverigesriksdag,1998).Biobränslenharsomnämntsenstorpotentialattanvändasförblandannat kraftvochvärmeproduktionisverige.ienrapportfrånsvebioestimerassverigehaenpotentialatt utökaanvändningenavbiobränslentill248twh,jämförtmedendast116twhsomvardentillförda mängdenår2006.pålängresiktbedömsdetävenfinnasmöjligheterattutökadennamängdtill390 TWh(Svebio,2008).ÄvenomriskenfinnsattSvebiosprognosinteärfulltopartiskt,gerdettaändå eninblickideframtidamöjlighetersomfinnsförbiobränsleninomsverigesenergisystem. Sverigesenergisektorharändratsmycketgenomåren,ochförändrasänidag.Ommansersåkort tillbaksitidensomtillår1970mötsmanavettväldigtannorlundaenergisystemändagens.förstoch främstvarenergibehovetmycketlägre,ochiställetförde572twh(år2013)somtillförsidagsläget (SvenskEnergi,2014a)lågtillförselnpå457TWh(IVA&KVA,2011).Sammansättningenavdeolika energikällornastillskotttillproduktionenvarocksåmycketannorlunda,speciellteftersom kärnkraftensomidagenssamhällespelarenmycketstorrollförstkomattträdainidetsvenska energisystemetår1972.detvardåoskarshamnskärnkraftverk,somärdetförstakommersiella kärnkraftverketisverige,börjadeproduceraelektricitet(ssm,2014).utövertillskottetfrån kärnkraften,somår2012lågpå188twhtillfördenergi,såharandradelaravenergisystemet förändratsmarkant.mellan1970och2012minskadeandelentillfördenergifrånråoljaochandra oljeprodukterfrån350twhtill198twh,detvillsägaenminskningmed152twh.samtidigtharden tillfördamängdenenergifrånförnybaraenergikällorökatmarkant.energintillfördfrånvattenvoch vindkraftlågår2012på79respektive7twh.dettakanjämförasmedår1970dåvindkrafteninte hadebörjattillföraelektricitettillenergiförsörjningenochvattenkraftenendastbidrogmed41twh. Energiutvinningenfrånbiobränslenochtorvharocksåökatsedan1970,ochhargåttfrånatttillföra 43TWhtillattuppnå140TWhår2012(IVA&KVA,2011;Energimyndigheten,2014a). IenlighetmeddenenergiVochhållbarhetspolitiksomregeringenförespråkarskaSveriges energianvändningår2020försörjastill50%avförnybarakällor.dettamålsattesuppår2009,men Sverigekomattuppnådessanivåerredanår2012.Dockharinteutvecklingenstannatavsedandess. Andelentillfördenergifrånförnybaraenergikällorämnasökaytterligaregenombåde elcertifikatsystemochklimatinvesteringsprogram.elcertifikatsystemetharsomsyfteattgeelfrån förnybarakällorstörrekonkurrenskraftpåmarknaden,medanklimatinvesteringsprogrammetger finansielltstödförgenomförandeavolikainsatsersomsyftartillattminskaklimatpåverkangenom attreducerautsläppenavväxthusgaser(naturvårdsverket,2014). Hittillsharenergitillförselnbetraktats,menfaktumärattalldennaenergiintekommerattkunna användasavslutkonsumenten.energigårförloradidemångaledenfrånenergikällatillkonsument. Störstandelförlorasiomvandlingsprocesser,därkärnkraftenstårförmajoritetenavförlusterna. Ytterligareförlusterskerävenisenareledviddistributiontillkonsumenterna.År2012dådentotala