ETT KOMPENDIUM FRÅN NY TEKNIK 2018 VÄTGAS DET LJUSNAR FÖR SVENSK VÄTGAS 1 INDUSTRIN Svensk stålindustri ställer om 2 STORSKALIGHET Bygger unikt lager för vätgas 3 FRAMTID Vätgasen lyfter mot nya höjder 4 BRÄNSLECELLSBILAR Då är vätgasbilen billigaste alternativet 5 LOKALA SATSNINGEN Mariestad bygger eget energilager 6 FORSKNING Öppnar vägen till billigare vätgas PERNILLA WAHLMAN
1 INDUSTRIN Miljardprojekt ska ge stål utan kol Stålindustrin satsar på att bli fossil - fri i framtiden med hjälp av vätgas. En pilot- verksamhet ska byggas i norra Sverige. Det kommer att kosta miljard-belopp och kräva stora mängder el. Järn- och stålindustrin står för ungefär en fjärdedel av den svenska industrins totala koldioxidutsläpp. Den största orsaken är masugnarna, där järnmalmen separeras i järn och syre. Enligt SSAB, som äger Sveriges tre masugnar, står de för drygt 90 procent av bolagets totala utsläpp. Nu pågår ett arbete med att helt bli av med utsläppen från masugnarna. Hoppet sätts till vätgasen. Genom en så kallad direktreduktion kan vätgas användas för att skilja järnet från syret helt utan kol eller koks. Då skulle slutprodukterna bli järn och vatten. Vätgas har redan använts för att ersätta en del av kolet i masugnarna och på så sätt minska utsläppen. Men nu handlar det om att ta bort allt kol. Direktreduktion med hjälp av enbart vätgas har hittills endast testats i ett fåtal mindre experiment. Men den svenska stålindustrin satsar på processen. Sedan 2016 har SSAB, LKAB och Vattenfall samarbetat i projekt Hybrit, med målsättningen att ställa om den svenska stålindustrin till en fossilfri produktion. Målet är att ha en lösning framme för fossilfritt stål 2035. Det vore det största teknikskiftet i ståltillverkningen på tusen år, skrev de tre bolagen nyligen i ett inlägg på DN Debatt. I en förstudie har bolagen granskat genomförbarheten och möjligheten att kommersialisera fossilfritt stål på sikt. Slutsatsen är att fossilfritt stål skulle bli 20 30 procent dyrare än i dag, beräknat med dagens elpris. Men med sjunkande priser på förnybar elektricitet och ökade priser för koldioxidutsläpp i och med nya EU-regler räknar de tre bolagen med att fossilfritt stål kommer att kunna konkurrera med traditionellt stål. Bolagen går nu vidare med nästa steg. Under våren inleds planering och projektering för en pilotverksamhet i Malmfälten och Luleå. Där finns god tillgång på kompetens. LKAB har forskning och SSAB stålproduktion där. Dessutom finns en tradition av att driva pilotanläggningar, säger Mårten Görnerup, vd på bolagens gemensamma utvecklingsbolag Hybrit Development. I Malmfälten kommer malmen först att omvandlas till pellets, för att sedan transporteras vidare till Luleå, där den direktreduceras. Järnsvampen som blir resultatet smälts i en ljusbågsugn. I Luleå kommer också vätgasproduktionen att ske, samt på sikt lagringen av gasen. Anläggningarna för direktreduktion och vätgasproduktion blir helt nya, men för de övriga processtegen är det möjligt att befintliga anläggningar kan användas. Planen är att producera en till två ton direktreducerat järn per timme under pilotfasen. Bolagens ambition är att pilotverksamheten ska vara i gång 2020 och drivas fram till 2024. Kostnaden för bygge och drift i fyra år beräknas till mellan 1 och 2 miljarder kronor. Om pilottesterna blir framgångsrika är nästa steg en större demonstrationsanläggning, som ska kunna producera en halv miljon ton direktreducerat järn per år. Var den skulle kunna byggas och hur mycket det skulle kosta är ännu oklart. Men det handlar om miljardbelopp i alla fall, säger Mårten Görnerup. Tanken är att vätgasen ska produceras genom elektrolys av vatten. För det krävs stora mängder el. Bolagen räknar med att 15 TWh per år, motsvarande 10 procent av Sveriges totala elbehov, skulle krävas för en total omställning av den svenska ståltillverkningen. Avsikten i Hybrit-projektet är att fossilfri elektricitet ska användas i vätgasframställningen. I förstudien bedömer bolagen att kraftsystemet klarar att förse stålindustrin med 15 fossilfria terawattimmar, men konstaterar också att en utbyggnad av högspänningsnätet kommer att behövas. LINDA NOHRSTEDT, 08-796 64 17 linda.nohrstedt@nyteknik.se Utsläpp minskar med 10 procent Hybrit står för Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology. Om omställningen blir framgångsrik kan den innebära en sänkning av Sveriges koldioxidutsläpp med 10 procent, enligt SSAB, LKAB och Vattenfall. Utmaningarna handlar om att hitta en fungerande process för industriell skala, den stora mängd el som vätgasproduktionen skulle kräva, samt att uppnå kostnadseffektivitet. Sveriges tre masugnar ägs av SSAB. En finns i Luleå och två i Oxelösund. SIDA 2/11
1 INDUSTRIN Så ska den nya processen gå till I en masugn ska syret separeras från järnmalmen. I dag sker det med kol som reduktionsmedel. I den nya processen används vätgas i en schaktugn, som ersätter masugnen. Genom så kallad direktreduktion delas järnmalm upp i järn och syre. Till skillnad från masugnen ger processen inga koldioxidutsläpp. Jä Fe rnma 2 o lm 3 Gasen renas och torkas. Den kvarvarande vätgasen återförs till processen. n O vatte 2 +H och H 2 tgas Vä 300 C 900 C I olika delar av ugnen sker olika reduktionssteg, där järnoxid reagerar med vätgas och producerar järnoxid och vatten. Vä tg as H 2 Järnsvamp Malmen smälts inte utan slutprodukten blir järnkulor som kallas järnsvamp. Briketteringsanläggning För att järnsvampen inte ska oxideras omformas den till större briketter i en briketteringsanläggning. Ljusbågsugn För att kunna framställa stål av järnet smälts det i en ljusbågsugn. Grafik: Jonas Askergren Fakta: Linda Nohrstedt Masugn 3 vid SSAB i Luleå, Sveriges största masugn. Stod klar 2000, renoverades för miljardbelopp 2015. Smält järn Foto: Susanne Lindholm SIDA 3/11
2 STORSKALIGHET Svensk stålindustri bygger unikt lager för vätgas Stålindustrins satsning på fossilfri tillverkning kräver enorma lager av vätgas. Det ska nu testas i pilotskala i ett lager som troligen blir först i världen i sitt slag. Bolagen SSAB, LKAB och Vattenfall arbetar gemensamt för att stålindustrin ska ställa om till en fossilfri tillverkning. Planen är att använda vätgas i masugnarna i stället för kol. Konceptet bygger på att förnybar elektricitet ska användas för att framställa vätgas genom elektrolys av vatten. Under förstudien har vi inte sett några stora hinder när det gäller själva produktionen av vätgas. Det är en väldigt modulär teknik, så det blir inte så konstigt att skala upp den. Sedan är det klart att skalan gör att det blir en ansträngande situation med elinfrastrukturen, säger Mikael Nordlander, som jobbar med forskning och utveckling på Vattenfall. Ett par elektrolysörer ska köpas in till vätgasframställningen i Luleå under pilotfasen. För att serva ett helt stålverk skulle troligen drygt 100 enheter behövas. I pilotfasen kommer även lagring av vätgas att testas. Lagring är det tekniska element som det är mest nyhet i. Vi vill testa att lagra vätgas i pilotfasen och har kikat i förstudien på olika alternativ. Det vi landat i som mest intressant är trycksatt lagring i klädda bergrum, berättar Mikael Nordlander. Det innebär att ett cylinderformat bergrum kläs med ett invändigt ytskikt, till exempel av metall, för att det ska bli tätt. Just tätheten är en utmaning eftersom vätemolekylen är så liten att gasen kan slinka ut genom ytterst små håligheter. Sedan komprimeras vätgasen med hjälp av ett tryck på cirka 200 bar för att ta mindre utrymme i anspråk. Lagret i Luleå blir sannolikt det första av sitt slag i världen. Sådana lager har byggts tidigare för naturgas, men inte för vätgas. Och vi har bara kunnat hitta ett naturgaslager av denna typ i hela världen, utanför Halmstad. Det är på 40 000 kubikmeter, säger Mikael Nordlander. Exakt hur stort vätgaslagret i Luleå kommer att bli är ännu inte beslutat. Det ska avgöras under projekteringsfasen. För att kunna serva ett fullstort stålverk, med en årsproduktion på två miljoner ton, behöver ett vätgaslager omfatta mellan 20 000 och 100 000 kubikmeter (se faktaruta), beroende på hur länge lagret ska kunna förse stålverket med vätgas. Det man framför allt vill utvärdera under pilotfasen är att det invändiga ytskiktet, som troligen blir av stål, håller tätt och att materialet klarar upprepade tryckförändringar när vätgas fylls på eller tappas ur. LINDA NOHRSTEDT, 08-796 64 17 linda.nohrstedt@nyteknik.se Räkneexempel för lagerbehovet Vattenfall räknar med att ett stålverk med en årsproduktion på 2 miljoner ton (cirka 250 ton per timme) behöver cirka 15 ton vätgas i timmen för direktreduktion av järnmalm. För att producera 15 ton vätgas i timmen behövs cirka 750 800 MW elektricitet. Ett lager som ska kunna förse stålproduktionen med vätgas för ett respektive fem dygn skulle då behöva lagra 360 respektive 1 800 ton vätgas. Med vätgasens densitet på 0,08988 kg per normalkubikmeter blir det 4 miljoner respektive 20 miljoner normalkubikmeter. Trycksatt till 200 bar blir då storleken på bergrummet cirka 20 000 kubikmeter för ett dygns lagerkapacitet. Om lagret i stället ska kunna klara att förse stålproduktionen med vätgas under fem dygn behöver utrymmet vara cirka 100 000 kubikmeter. Källa: Vattenfall SIDA 4/11
3 FRAMTID PERNILLA WAHLMAN Vätgas från Aga leds via pipeline till Sandvik, som använder den för sin ståltillverkning. Mats W Lundberg, hållbarhetsspecialist på Sandvik, är övertygad om att vätgas har en viktig roll att spela i Energisverige framöver. Svensk vätgas lyfter mot nya höjder Det finns bara 36 vätgasbilar i Sverige och fyra ställen att tanka på. Men nu vädrar förespråkarna morgonluft. Orsaken är stålindustrins gröna omställning. Hur många här gjorde knallgasexperimentet i skolan, frågar Mats W Lundberg, hållbarhetsspecialist på Sandvik Materials Technology. De flesta av de cirka 60 åhörarna i konferenslokalen i Sandviken räcker upp armen. Gjorde ni bensinångeexperimentet sedan? Nej, det är klart att ni inte gjorde, det är ju jättefarligt, konstaterar Mats W Lundberg. Hans poäng är att knallgasexperimentet har gjort många rädda för vätgas. Och att det har drabbat vätgasutvecklingen negativt i Sverige. Vätgas är en vanlig industri- gas men har hittills haft en undanskymd roll i Energisverige. Enligt föreningen Vätgas Sverige finns 36 vätgasbilar registrerade i landet och fyra vätgasmackar i drift. I Danmark finns tio stationer och Norge har nio. Här i Sandviken har vätgasen många påhejare. Orten är något av ett mecka i Vätgassverige. Till stor del beror det på företagen Sandvik Materials Technology och Aga. Sandvik använder vätgas i sin ståltillverkning och Aga förser företaget med gas producerad genom elektrolys. För fyra år sedan byggdes en två kilometer lång pipeline som transporterar vätgasen från Aga till Sandvik. Därifrån var steget inte långt till att ansluta en tankstation till pipelinen. För två år sedan byggdes den strax utanför Sandviks industriområde. Stationen är tillgänglig för vem som helst som vill tanka vätgas. Men den används mest av de sju vätgasbilar som finns i Sandviken. Men regionen och kommunen har bestämt sig för att ta in två vätgasbussar i reguljärtrafik, så vi förväntar oss att tankstationen kommer att användas mer när de kommer, säger Mats W Lundberg. Vätgasförespråkarna uttrycker ofta irritation över att elbilsbatterier får stort utrymme i medier och den allmänna debatten. De upplever att vätgas får oförtjänt liten plats. Men nu anas en förändring. Den viktigaste orsaken är Hybrit, stålindustrins projekt med målsättningen att producera fossilfritt stål i framtiden. De tre bolagen som står bakom satsningen, LKAB, SSAB och Vattenfall, ser vätgas som SIDA 5/11
3 FRAMTID lösningen för att minska utsläppen från masugnarna. Det kommer att krävas enorma lager för att förvara vätgasen. För ett fullstort stålverk behövs ett lager som rymmer 20 000 100 000 normalkubikmeter. Tanken är att vätgasen ska produceras genom elektrolys av vatten. Under Hybrits pilotfas bedöms två elektrolysörer behövas. För att serva ett helt stålverk kommer troligen drygt 100 enheter att behövas. Satsningen på fossilfritt stål kommer att leda till att stora mäng-der vätgas produceras i Sverige. Sverige har redan bestämt sig för att bli ett vätgasland. Men det behövs fler tankstationer för att det ska bli verklighet. Jag hoppas att fler beslutsfattare ska börja inse att vätgastekniken är en fram-tidsteknik, säger Mats W Lundberg. Men det finns fler anledningar till att vätgas ser ut att kunna spela en större roll i Energisverige. En är det politiska målet om en 100 procent förnybar elproduktion år 2040. Enligt energiminister Ibrahim Baylan innebär det en elproduktion utan kärnkraft. Då kommer det att behövas mer el från förnybara energikällor, men de ger en ojämn produktion. Alltså måste energi kunna lagras. Och det är här vätgas är en möjlighet. Vätgas har en hög energitäthet och kan lagra energi över långa perioder. Siemens, som säljer elektrolysörer, bedömer att vätgas är det enda alternativet för storskalig lagring, mer än 10 GWh, över veckor eller månader. På Gotland har flera företag, under ledning av gasnätsägaren Swedegas, undersökt möjligheten att lagra överskottsel från vindkraft i vätgas genom elektrolys. I ett andra processteg är tanken att vätgasen ska reagera med koldioxid och bilda metan, som sedan kan användas som drivmedel i fordon. Flera stora biltillverkare ägnar sig åt att ta fram bilar som drivs av vätgas med hjälp av bränsleceller. En viktig drivkraft är den politiska viljan att förbättra luftkvaliteten genom dieselfria städer. Batterier är bara ett steg i omställningen, säger Per Wassén, vd för svenska Powercell, som tillverkar bränsleceller. Han pekar på framför allt två flaskhalsar som innebär att batteribilar inte kan bli den enda lösningen: elnäten har bristande kapacitet i de flesta stora städer och det skulle bli dyrt att täcka behovet av laddstationer i storstäderna. Något som brukar hållas emot vätgasen är den förhållandevis låga verkningsgraden. Björn Aronsson, verksamhetsledare på Vätgas Sverige, framhåller att det går att minska energiförlusterna genom att ta tillvara på värmen som utvecklas som biprodukt. När man går från el till vätgas har man en verkningsgrad på 60 70 procent. Men tar man hand om det varma vattnet som bildas, och använder den i till exempel fjärrvärmenät, kan man nå 95 procent. I bränslecellen får man 50 60 procents verkningsgrad, beroende på applikation. I fordon kan man använda värmen till kupén, säger Björn Aronsson. Samtidigt går utvecklingen vidare. Verkningsgraden ökar och kostnader sjunker. Tillverkarna har blivit bättre på att kapa kostnader och gått från småskalig produktion till pilotskala, vilket gör att man får bättre prispress genom mer volym. Prestandan har förbättrats och billigare material används. Men det finns mycket kvar att göra, man har inte kommit upp i massmarknadsvolymer än, säger Mats W Lundberg. Även om batteribilar ibland ställs emot vätgasbilar anser både Mats W Lundberg och Per Wassén att båda typerna behövs i framtiden. Det första steget i tandemprojektet blir att få den översta sol cellen, perovskiten, att bli genomskinlig så att den blockerar så lite som möjligt av solinstrålningen för den undre Cigs-solcellen. Om ungefär ett år kan en första liten prototyp vara färdig att testa. Vätgasen svår att lagra och transportera Vätgas i Sverige LINDA NOHRSTEDT, 08-796 64 17 linda.nohrstedt@nyteknik.se Vätgas består av två väteatomer och har den kemiska beteckningen H2. Vid rumstemperatur och normalt tryck är väte gasformigt. Vid minus 253 grader Celsius övergår den till vätskeform. Vätgas används i stora mängder som råvara vid produktion av ammoniak, metanol, väteperoxid, polymerer och lösningsmedel. Mycket vätgas går också åt vid oljeraffinaderier för att hydrera bensin och diesel. I dag produceras vätgas huvudsakligen genom reformering av naturgas, vilket ger koldioxidutsläpp. I framtiden kommer sannolikt förnybar energi att användas i större utsträckning för att framställa vätgas via elektrolys. Då bildas bara vätgas och syrgas. Energidensiteten i vätgas är hög per massenhet, men låg per volymenhet. Därför är det svårt att lagra och transportera vätgas effektivt. De vanligaste sätten att lagra vätgas är i komprimerad form, vid 200 700 bar, eller i flytande form. Enligt föreningen Vätgas Sverige finns 36 vätgasbilar och fyra vätgasmackar i Sverige. Malmö var först ut med en vätgasstation redan 2003. När nya globala standarder utfärdades ersattes den med en ny version 2013. Den var projektfinansierad och när projektet tog slut stängdes stationen 2015. Samma år öppnade först stationen i Arlanda och strax därefter ett tankställe i Göteborg. Tankstationen i Sandviken öppnade 2016 och i januari 2017 kom det fjärde tankstället i Sverige. Det placerades i Mariestad. SIDA 6/11
4 BRÄNSLECELLSBILAR Då är vätgasbilen billigaste alternativet Vätgas, biodiesel eller el? Ingen enskild drivlina tycks utgöra transporternas alexanderhugg. Men under vilka förutsättningar är de olika drivlinorna billigast att köra? Det har svenska forskare tagit reda på. Anders Grauers, docent i elektroteknik vid Chalmers tekniska högskola, menar att det finns ett spritt feltänk i och med tron på att det ska gå att finna en enda drivlina som löser utmaningarna med ett energieffektivt och klimatvänligt transportsystem. Förutsättningarna är så radikalt olika för olika fordon. Det finns en stark anledning att tro att man kommer att komma till olika slutsatser, säger han. Han påpekar att de flesta nu tror att de största volymerna i framtiden kommer att utgöras av batteribilar. Men att man ska passa sig för att dra för snabba slutsatser. Olika delar av världen kan ha olika åsikter. I Norden kommer vi inte att ha problem att producera förnybar el till ett billigt pris. Men Japan gör en annan bedömning, säger Anders Grauers. Det är betydligt dyrare att köra en vätgasbil en mil jämfört med en batteribil. Batteribilen har också överlägsen verkningsgrad. Men som vanligt är det betydligt fler parametrar än så som avgör vilket som är det ekonomiskt sett mest fördelaktiga valet. I en batteribil är det framför allt batteriet som kostar pengar. Behöver du komma långt på en laddning blir fordonet dyrt att köpa. Anders Grauers har tillsammans med Hans Pohl, Joakim Nyman och Erik Wiberg undersökt under vilka förutsättningar olika drivlinor blir ekonomiskt fördelaktiga. Rapporten publicerades i fjol. De förutsättningar som undersöks är dels hur långt bilen körs totalt under sin livstid och dels hur långt man behöver komma på en tankning eller laddning. Vilken som är den ekonomiskt sett mest fördelaktiga drivlinan i olika situationer presenteras i ett diagram (se grafik). Förbränningsmotorn är den billigaste drivlinan sett till investeringskostnaden. I undersökningen utgörs den av en mildhybrid som drivs av biodiesel, eftersom vanlig diesel inte bedöms vara ett gångbart alternativ på sikt. Den billiga investeringskostnaden är orsaken till att förbränningsmotorn plockar hem segern när det gäller relativt kort total körsträcka. Ett typexempel på en bil som körs på det viset är en mindre stadsbil. Förbränningsmotorn kan även vara billigast vid lite längre sträckor, upp till 250 000 kilometer. Men bara när man också behöver komma hyggligt långt på en tank. Om det inte behövs lika lång räckvidd så blir batteribilen billigare. Orsaken till det är förstås att batterier utgör en stor del av batteribilens produktionskostnad. Lång räckvidd kräver stort batteri vilket är kostsamt. Batteribilen plockar hem en rejäl kaka i diagrammet, tack vare den billiga driftkostnaden jämfört med övriga drivlinor. Men de situationer då den är billigast kräver också att den laddas ofta. De användningssätt som kräver laddning mer än en gång per dag har helt enkelt ansetts orealistiska för de flesta användare, enligt rapportförfattarna. Det typiska scenariot då batteribilen triumferar är i stället som citytaxi, med möjlighet att ladda under dagen. Ett annat lämpligt användningsområde är som pendlingsbil för längre sträckor. Batteribilen är utmärkt som långpendlingsbil om man kan ladda den hemma varje natt. Använd på det sättet kan man spara mycket pengar, säger Anders Grauers. Bränslecellsbilen då? Jo, den är enligt undersökningen billigast för den som kör mycket och samtidigt har behov av lång räck- vidd, typiskt sett konventionella taxibilar. Den typ av bränslecellsbil som visade sig mest ekonomiskt lönsam är den där batteriet går att ladda via elnätet under förutsättningen att längden på olika SIDA 7/11
4 BRÄNSLECELLSBILAR PERNILLA WAHLMAN Med vätgas i bränsletanken blir det vattenånga av avgaserna. körningar är fördelade som för vanliga personbilar. I en sådan bil fun gerar alltså bränslecellen som en räckviddsförlängare. Gör man i stället analysen för fordon som oftast kör långa sträckor så vinner rena bränslecellsbilar, säger Anders Grauers. Studien bygger på uppgifter från befintliga bilar på marknaden och visar inte hur det kan komma att se ut om fem år. Ett fortsatt sjunkande batteripris kommer alltså att förändra resultatet. Anders Grauers påpekar också att de olika drivlinorna har utvecklats olika intensivt. Förbränningsmotorn har finjusterats i decennier. Dagens batteribilar befinner sig en utvecklingsgeneration före det fåtal bränslecellsbilar som finns på marknaden. Undersökningen har heller inte tagit hänsyn till ett framtida förändrat beteende kring hur vi använder våra bilar. De flesta bilar har i dag en räckvidd på omkring 500 kilometer och rullar knappt 20 000 mil totalt, vilket enligt undersökningen gör förbränningsmotorn eller bränslecellsbilen till de billigaste alternativen, beroende på total körsträcka. Är vi beredda att kompromissa med räckvidden? En del säger nej. Men om det finns tydliga kostnadsfördelar kan folk oftast tänka sig att göra det, till priset av att man får stanna och snabbladda några gånger per år när man kör riktigt långa sträckor. I så fall är batteribilen ett bra alternativ. Om undersökningen JOHAN KRISTENSSON, 08-796 66 53 johan.kristensson@nyteknik.se Undersökningen har begränsat sig till att analysera ett fåtal olika drivlinetyper. Ett flertal antaganden gällande priser och verkningsgrader har också gjorts. Dessa har baserats på projektdeltagarnas tidigare erfarenheter. Kostnadsmodellerna är linjära med fast startkostnad. Rapportförfattarna påpekar att det kan utgöra en grov förenkling men menar att det inte har någon stor påverkan på slutsatserna inom vilken nisch olika drivlinor passar för. Beräkningen av total ägandekostnad har inte inkluderat ränta. Det innebär en felkälla, men gör det i stället möjligt att enkelt visa när fordon bör ha samma drivlina trots mycket olika körsträcka per år. Vad som händer om man behöver byta batteri ingår i undersökningen, men inte i diagrammet som presenteras i grafiken. SIDA 8/11
4 BRÄNSLECELLSBILAR Bränslecellsbilen bäst på långa sträckor Två faktorer som särskilt påverkar drivlinors totala ägandekostnad är hur långt bilen rullar under sin livstid och hur långt du behöver komma på en tank eller laddning. Diagrammet visar vilken drivlina som är billigast vid olika användningssätt. Några typiska biltyper för olika användningsområden är även inritade som cirklar i diagrammet. Vanlig personbil: Rullar omkring 20 000 mil under sin livstid. Vi har vant oss vid att den klarar av resor på 50 mil utan tankstopp tack vare fossila bränslens höga energiinnehåll. FC REX Det markerade området i diagrammet visar de situationer där det blir svårt eller omöjligt att klara sig med en laddning av batteribilen per dag. 500 450 400 350 Totalt räckvidd per tank/laddning (km) 300 250 200 Citybil: Liten bil designad för stadskärnor, typ Smart eller Fiat Panda. Få mil och litet behov av räckvidd. 150 ICE 100 50 0 Maximala längden under hela sin livstid (mil) Långpendlingsbil: För den som dagligen pendlar 10 15 mil. Ganska normal total körsträcka och litet behov av räckvidd. 5 000 10 000 15 000 20 000 BEV 25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 50 000 Citytaxi: Taxi som främst opererar i städer. Många mil totalt sett men egentligen inget behov av lång räckvidd. Konventionell taxi. Rullar många mil under sin livstid och måste klara av långkörningar när de dyker upp. BEV Batteribil. Bilens batteri laddas via elnätet och matar elmotorn med elenergi. Verkningsgrad: Cirka 85 procent, inklusive laddare, laddning och urladdning. Bränslekostnad: 0,085 USD/kWh Bränslepris vid hjulen: 0,12 USD/kWh 85% Laddning Batteri Elmotor FC REX Bränslecellen som räckviddsförlängare i en bil där batteriet går att ladda från elnätet. Den vanliga bränslecellsbilen blev aldrig billigast i undersökningen, med antagandet att längden på olika körningar är fördelade som vanliga personbilar. Verkningsgrad bränslecell: Cirka 50 procent, inklusive hjälpsystem och kraftelektronik. 50% Vätgas Bränslecell Batteri Elmotor Laddning Bränslekostnad: 5 USD/kg Bränslepris vid hjulen: 0,30 USD/kWh ICE Dieselmotor, mildhybrid. Förbränningsmotor i mildhybridutförande, det vill säga att en liten elmotor med batteri hjälper förbränningsmotorn att prestera optimalt, vilket höjer verkningsgraden något. Batteriet laddas vid inbromsning. I studien har biodiesel använts som drivmedel. Verkningsgrad: Cirka 30 procent, inklusive transmission. Bränslekostnad (biodiesel): 1,4 USD/liter Bränslepris vid hjulen: 0,44 USD/kWh, 30% Biodiesel Förbränningsmotor Växellåda Batteri Elmotor Grafik: Jonas Askergren Fakta: Johan Kristensson Källa: När passar bränsleceller bäst? Energiforsk, april 2017 SIDA 9/11
5 LOKALA SATSNINGEN HARALD BOUMA Vätgasmacken i Mariestad. Mariestad satsar på vätgas Hans-Olof Nilsson installerade en elektrolysör i källaren och vätgaslager på tomten för att bli självförsörjande på el. Nu kopierar Mariestads kommun hans koncept. För Ny Tekniks läsare är Hans-Olof Nilsson ett bekant namn. Hans hus utanför Göteborg är självförsörjande på el. Nu har han ihop med två medgrundare startat företaget Nilsson Energy och säljer sitt koncept. En av hans kunder är Mariestads kommun. Två förskolor och en tankstation för vätgas ska utrustas med solceller, batterier, elektrolysör, vätgaslager och bränsleceller. Först ut blir tankstationen i utkanten av staden. Den ska förses med en elektrolysör som drivs av el från en mindre solcellspark i närheten. Vätgasen som elektrolysören producerar ska lagras för att sedan tankas över till bilarna. Solcellerna ska även förse tankstationen med driftel och ladda ett litiumjonbatteri. Vid behov ska stationen kunna kopplas från elnätet och drivas off-grid. Är det så att både batteri och vätgaslager är fullt så levereras solelen ut på elnätet. Men det går i sista hand. I första hand ska solelen stanna på fastigheten så länge som möjligt, säger Harald Bouma, projektkoordinator på energibolaget Väner Energi. Längre fram är planen att bygga ett fjärrvärmenät fram till tankstationen för att ta till vara på spillvärmen som bildas i elektrolysören och bränslecellerna. Bakom satsningen står kommunen och Väner Energi. Syftet är att öka användningen av förnybar energi. Väner Energi ska även testa att använda vätgaslagret för balanskraft och frekvensreglering i elnätet. Det är en för liten anläggning för att säkra upp hela vårt elnät i Mariestad, men man måste börja någonstans, så vi ska testa lite, säger Harald Bouma. Enligt Mariestads kommun är lösningen vid tankstationen unik. Ingen annan använder en tankstation för vätgas som lagringsmedium, säger Ulrika Söderström, utvecklingsstrateg på Mariestads kommun. Energisystemet ska tas i drift i höst. De två förskolorna, som får samma typ av lösning, ska vara färdigbyggda nästa år. LINDA NOHRSTEDT, 08-796 64 17 linda.nohrstedt@nyteknik.se SIDA 10/11
6 FORSKNING KTH:s material öppnar vägen för billig vätgas Forskarna vill omvandla solens strålar till vätgas. Nu har KTH skapat ett material som gör produktionen billig och effektiv. Den nya tekniken går att göra storskaligt och upptäckten kan göra bränslecellsbilar konkurrenskraftiga. Vätgas kan användas för att lagra energitoppar, exempelvis från vindkraftsparker och bränslecellsfordon har fortfarande många fördelar gentemot elbilar. Det förutsätter dock att vätgasproduktionen görs med grön el, och till ett lågt pris. Ett sätt att framställa drivmedlet är med hjälp av en katalysator som spjälkar vatten till vätgas genom elektrolys. En stor bromskloss kring tekniken har dock varit att systemet kräver dyra grundämnen som platina, rutenium och iridium. Men nu har forskare på KTH hittat ett alternativ till de dyra platinametallerna och det är ett betydligt billigare material, bestående av nickel, järn och koppar. Deras mycket lovande studie har nyligen publicerats i Nature Communication. KTH-teamet är dock långt ifrån de första forskarna som har utvecklat ett alternativt material för en katalysator. Ett exempel skapades av en forskargrupp från Sverige, Finland och Vietnam. Förra året presenterade de en katalysator av plastmaterialet melamin. De använde en alkalisk saltvattenlösning, vilket i princip innebär att man skulle kunna driva deras system med saltvatten från havet. Liknande projekt kring alternativa material pågår i Europa, USA och Asien men det som utmärker KTH är att deras katalysator med nickel, järn och koppar är mycket effektivare än andra lösningar. Vi behöver 180 milliwatts strömdensitet, medan andra forskningsgrupper behöver minst 200 milliwatt. Våra katalysatorer fungerar mycket bättre, och det innebär att vi är ett steg närmare en storskalig produktion, säger professor Licheng Sun. Tillsammans med kollegorna var det hans forskning som lockade Barack Obama till KTH under Sverigebe söket 2013. De senaste tre åren har Licheng Sun lett arbetet med att utveckla katalysatorn, och ett lågt pris tillsammans med en hög effektivitet kan innebära en dörröppnare för vätgasen som grönt fordonsbränsle. Det vi vill jobba med är att minska kostnaderna och öka verkningsgraden. Vi fokuserar på att använda solenergi för att driva processen, och då krävs det bra system med låg överpotential. Jag tycker att det ser mycket lovande ut för framtiden. Principiellt går det att göra storskaligt om industrin är intresserad och billig vätgas gör bränsleceller till ett bra alternativ till elbilar, säger Licheng Sun. JOHN EDGREN redaktionen@nyteknik.se KTH SIDA 11/11