Vision: “Ett svenskt vätgassamhälle” och vägen till nya arbeten

Vätgas används redan idag i stor omfattning inom industri världen över och finns även som restprodukt.

Energi skall produceras lokalt på ett säkert sätt och till en rimlig kostnad. Vätgas skall produceras efter regionens förutsättningar och bygga på “gröna energikällor”.

Ett framtida vätgassamhälle kan kraftigt reducera växthusgaserna, vilka oroar klimatforskare och politiker. Förutsättningen är att vätgas bara på medellång sikt produceras av fossila ämnen typ olja, naturgas och kol.

Vattenkraft, vågkraft, solenergi, vindkraft, fotosyntes, etanol, metanol och biogas är rena energikällor. Möjligen även av kolkraft, under förutsättning att koldioxiden kan avskiljas och säkert lagras i underjorden under hundratals år.

De avgörande fördelarna med bränslecellteknik är att:

  • verkningsgraden är mycket hög (dubbel den i vanliga bilmotorer)
  • utsläppen är små och obefintliga vid ren vätgasdrift

Vätgasen är en viktig ingrediens i processer i bland annat kemisk- och petrokemisk industri, massaindustri och metallurgi och är vardag i så skilda saker som rymdindustri och margarintillverkning. Bränsleceller är en av flera tekniker för att utnyttja vätgasens egenskaper.

  • Tyskland bygger ut nätet av vätgasmackar inför 2015
  • Tyskland satsar €40 miljoner på att bygga ut sitt nät av
  • vätgasmackar till 50 stycken inför 2015. Idag finns där 20
  • vätgasmackar. Flera av världens största bilproducenter
  • startar serieproduktion av bränslecelldrivna bilar 2014/2015.
  • I Tyskland beräknas det finnas ca 5000 sådana personbilar
  • år 2015.
  • http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-1390467-1-
  • Biltillverkare och nationella vätgasorganisationer i Skandinavien undertecknade förra veckan en avsiktsförklaring för att främja en utbyggnad av vätgas-infrastrukturen i Sverige, Norge, Danmark och på Island. Bilarna anländer 2015, nu väntar vi bara på tankstationerna.

Vi har en stor dold resurs genom spillvärmen från industrin som kan ersätta kärnkraftverk.

Spillärmen från svensk industrin uppskattas till åtminstone till 50 terrawattimmar/år, säger KTH-forskaren Vikoria Martin i Ny Teknik nr 6, 2011.

Detta kan ställas i relation till vad kärnkraften ger. Totalt svarar kärnkraften för cirka 70 terrawattimmar per år.

Vi har således ett alternativ till ett par kärnkraftverk.  En resurs som kan nyttjas för att framställa och lagra energi i vätgas. Från masugnar i Oxelösund finns 10-tals terrwatttimmar som skulle kunna tas till vara i en energieffektivisering. Detta borde absolut komma upp bordet när vi talar om kärnkraft, en ren energi och energieffektivisering.

Vätgas spås en blomstrande framtid som drivmedel i bilar i kombination med bränsleceller. Det måste betonas att väte inte kan ersätta oljan som energikälla – det finns inga betydande reserver av naturligt väte. Istället finns andra energikällor som kan utnyttjas för produktion av vätgas, som sedan blir till transportabel förråd av energi. Nya analyser och upptäckter sker om hur producera vätgas.

Nu har forskare för första gången studerat en nyupptäckt bakterie som ger dubbelt så mycket vätgas jämfört med dagens bakterier. Bakterien “Caldicellulosiruptor saccharolyticus” isolerades för första gången 1987 i en varm källa på Nya Zeeland. Först på senare tid har forskare på allvar fått upp ögonen för bakterien. För att tillverka vätgas på ett klimatneutralt sätt tillsätter man bakterier till skogs- eller hushållsavfall, ungefär som man producerar biogas.

Det finns tre viktiga förklaringar till varför den här bakterien, som heter Caldicellulosiruptor saccharolyticus producerar mer vätgas än andra.

  • Den ena är att den har anpassats till en energifattig miljö. Det har lett till att den har utvecklat effektiva transportsystem för kolhydrater och även kan bryta ner svårtillgängliga växtdelar med hjälp av enzymer. I sin tur leder detta till att den producerar mer vätgas.
  • Den andra förklaringen är att den klarar av högre tillväxttemperaturer än många andra bakterier. Ju högre temperatur, desto mer vätgas kan bildas, summerar Karin Willquist, doktorand i Teknisk mikrobiologi vid Lunds Tekniska Högskola. Snart lägger hon fram en avhandling i ämnet
  • Den tredje förklaringen är att den här bakterien klarar av att producera vätgas även under svåra förhållanden, exempelvis högt vätgastryck, vilka är nödvändiga för att biologisk vätgasframställning ska vara ekonomiskt lönsam.

De flesta ledande biltillverkarna i världen håller som bäst på att utveckla vätgasdrivna fordon. En infrastruktur behöver förberedas. Med spillvärme och all överproduktion av el som bas skulle vätgas kunna produceras runt om i landet, som skapar energieffektivitet och lokal tillgänglighet. Uppgifter här nedan kommer av av analyser av CTH i Göteborg, se nedan.

Med en högre energianvändning ökar normalt möjligheterna att leverera spillvärme till en extern mottagare. Vissa investeringar som följer med en stark tillväxt kan också göra att möjligheterna till återvinning av spillvärme förbättras.

En annan generell faktor som påverkat situationen är att stigande energipriser gjort att fokus på energifrågor blivit allt tydligare och därmed också de möjligheter till extra inkomster, eller minskade utgifter, som utnyttjandet av industriell spillvärme för fjärrvärmeproduktion kan medföra.

Gemensamt för alla branscher som ingår i gruv- och mineralutvinningsindustrin är att de är mest relevanta på grund av energianvändningen vid:

  • järnmalmsutvinning
  • icke järnmalmsutvinning (utvinning av annan malm, ej uran och torium)
  • utvinning av torv

 Gjuterier kan delas in i två huvudgrupper – järn- och stålgjuterier samt metallgjuterier.  för produktion av aluminium, magnesium, zink och mässing. Exempel på olika processer i gjuterier där det är tänkbart att utnyttja överskottsenergi är bland annat

  • smältugnar, svalningsprocesser, som genererar varma luftflöden
  • gaseldade ugnar. I gjuterier används huvuddelen av energin till skrotförvärmning, skänkförvärmning, smältning, tappning, varmhållning och värmebehandling.
  • vid varmhållning av gods används normalt elektriska induktionsugnar för järn och motståndsugnar för andra metaller

Det är också fullt tänkbart att leverera överskottvärme till närliggande fjärrvärmenät eller andra industrilokaler.

Andra tänkbara leverantörer är industrier av processindustrikaraktär som sockerbruk och bruk för framställning av sprit, gluten och glukos från spannmål. Inom mejerinäringen är indunstning och torkning av mjölk, kylning, diskning och pastörisering exempel på energikrävande processer.

Inom dryckesvaruindustrin är framför allt ölproduktionen energikrävande. Ånga och hetvatten används bland annat för vörtkokning och pastörisering. Produktion av cider liknar på vissa sätt framställningen av öl men föregås av tillverkning av vin. För produktion av läskedryck och kolsyrat vatten är behovet av värme betydligt mindre.

I slakterierna används relativt stora energimängder till beredning av tappvarmvatten för bland annat tarmrenseri och sköljning av djurkroppar. Bränslen används även till fettsmälteri, svedningsugnar och skållningskar, samt uppvärmning av lokaler.

 Charkuteriernas bränsleanvändning avser huvudsakligen uppvärmning av lokaler samt rökning, kokning och stekning. För övrigt används stora mängder el för att kyla djurkroppar och färdiga produkter inom både slakteri- och charkuterinäringen.

Bagerinäringens energianvändning är till stor del kopplad till ugnar. Ett större bageri kan ha ett effektbehov på över 1 MW för ugnarna och för de större så kallade tunnelugnarna används ofta bränslen medan mindre bagerier oftast har elugnar. I de flesta fall sker ingen återvinning av värme från ugnarna.

Flera av processerna inom jord- och stenindustrin är energikrävande, t.ex tillverkning av cement och kalk och de stora tillverkarna i branschen tillhör energiintensiv industri. En stor del av jord- och stenindustrins insatta mängd energi används till ugnar, exempelvis cement- eller kalkugnar. I dessa ugnar genereras spillvärme i form av värme i rökgaserna eller som varm luft eller varmt vatten från kylning.

Fraktioneringsprocessen inom raffinaderier kräver stora mängder insatt energi men stora mängder energi återvinns också i processen genom kondensering av de olika fraktionerna.  I stort sett alla processer i ett raffinaderi innefattar någon typ av förbränningsprocess som generar spillvärme.

 På senare år har olika typer av rökgaskylare för fjärrvärmeproduktion blivit så pass mycket vanligare inom olika industribranscher att det kan ses som en generell trend. Det är också en av de möjligheter som kan generaliseras mellan olika branscher då rökgaser från olika pannor och ugnar genereras inom i stort sett varje bransch. Det är främst ett ökat intresse för energifrågor som har gett denna utveckling.

Bilden skildar hur allt inordnas i ett kretslopp.


Övergången till en allt större andel biobränslen
inom industrin förbättrar möjligheten att tillvarata värme från rökgaser till fjärrvärmeproduktion. Detta beror på att den högre fukthalten i biobränslen i förhållande till fossila bränslen gör att rökgaserna kondenserar vid en högre temperatur, vilket förbättrar möjligheterna att producera fjärrvärme.

Spillvärme från storskalig produktion av vätgas skulle kunna ge ett tillskott till fjärrvärmeproduktionen, liksom raffinaderierna gör idag. Här finns också möjligheter till kombinerad produktion av vätgas och olika primärprodukter inom flera industrier, till exempel kemi- och metallurgiindustri. En intressant idé för att begränsa koldioxidutsläpp vid exempelvis förbränning är att låta koldioxiden reagera med vätgas och bilda metan, metanol eller annan lämplig vätebärare.


En metod att framställa vätgas är att gå via ångreformering av biomassa
i kombination med naturgas eller annan metangas till exempel biogas. Något som har påverkat möjligheterna att leverera spillvärme positivt är det ökade antalet tillverkare av förädlade biobränslen som pellets och briketter, vilka tillverkas med kontinuerliga torkprocesser.

För att kunna använda vätgas i ett bränslecellfordon, utvecklas nya lagringsmetoder som säkerställer lätt och säker att transportera. Vätgastankar är ett sätt. Det har funnits en del fördomar mot vätgas som bränsle i bilar på grund av explosionsrisken. Men i praktiken är vätgas ett säkrare drivmedel än bensin och diesel. Vätgasbehållarna är konstruerade för att tåla ett mycket högt tryck, vilket innebär att de klarar sig oskadda även i häftigare kollisioner.  Amerikanska tester har visat att bränder i en bensintank som finns under fordonet är betydligt mer förödande.

Det finns idag flera olika metoder

  • Vätgas kan förvaras i en tank komprimerad till 200 atmosfärer
  • Kombinera kyl och komprimering av vätgas i vätskeform
  • Vissa metallhydrider har en svampliknande struktur som kan absorbera vätegasmolekyler
  • Vätegasmolekyler som lagras i och mellan kolnanorör
  • Alkaliska metallhydrider som reagerar med vatten och frigör väte från både hydrid och vatten

Forskning pågår om natriumbaserade vätebärare. En metod distribuerar pellets som kallade Powerballs. När innehållet löses i vatten utvecklas vätgas.

För framtiden kan vätgas kommer att utgöra ett bränsle eventuellt tillsammans med andra gaser såsom syntesgas eller naturgas.

 Tyskland stänger sina kärnkraftverk som ska ersättas med förnyelsebar energi. 80 % ska gäller 2050. Smarta elnät byggs eller uppgraderas. El-motvägar planerars från norr till söder. Nya leverantörer är bönder som slår sig samman och bygger vindkraftsparker i norr och solcellsparker i söder.

Island kan bli först i världen på att basera väg- och sjötransporter på vätgas. De kunna nytta vulkanisk geovärme. Ett isländskt företagskonsortium har inlett ett samarbete med Daimler/Chrysler, Norsk Hydro och Shell. Först ut blir en buss som drivs med bränsleceller. På sikt är även fiskeflottan tänkt att drivas med vätgas

Islands regering deklarerade 1998 att landet på sikt strävar efter att ersätta fossila bränslen med vätgas framställd med hjälp av förnybar energi. I Neshavellir geotermiska kraftverk tas värmen från jordens inre tillvara och utnyttjas både för uppvärmning av husen i Reykjavik och för elproduktion med ångturbiner. Denna energi används nu också för att framställa vätgas.

Vätgasbussarna har använts som ordinarie stadsbussar sedan i oktober 2003. De tankas varje dag i en vätgasstation som konstruerats av Shell Hydrogen. En tankning på 50 kilogram räcker för att köra bussen cirka 200 kilometer, vilket motsvarar ett normalt arbetspass för en busschaufför. Under färden förvaras vätet i gastankar på taket under ett tryck på 350 bar. Vätgasbussarnas ”avgaser” innehåller enbart vattenånga.

Nästa steg är vätgasdrivna fartyg. Om fiskefartyg går in för att använda vätgas i flytande form, kan denna även användas i fartygens kylutrymmen där fisken förvaras.

Vätgassamhället är en vision som ger omdaning och nyutveckling.

Rapport Vätgasutveckling

Island på väg mot vätgassamhället

Daniel Käller monterar en översättare som består av tunna skikt av magneter som alternerar med stålplattor. Detta utgör själva kärnan av enheten.

I Lysekil grunden håller på att läggas för Sveriges första kommersiella vågkraftverk array. Våg kraftverk håller massproducerade, baserat på många års forskning vid Ångströmlaboratoriet. Nu ska vi se om Uppsala konstruktionen klarar vågor och stormar och vända en långsiktig vinst.

Tillsammans med energibolaget Fortum kommer Seabased upprätta Sveriges första kommersiella utbud vågkraft utanför Kungshamn / Smögen i Sotenäs kommun. Den vågkraft array kommer att ha en livslängd på 20 år och beräknas ge en installerad effekt på 10 MW och omfatta högst 420 generatorer.Källa: Seabased

 

 

Det här inlägget postades i Effektivitet, Energi, Forskning, Infrastruktur, Island, Miljöpolitik, Samhälle, Vätgasutveckling. Bokmärk permalänken.