När fossila bränslen ersätts med väte elimineras förbränningsutsläppen. Jämfört med elbilar med batteri kan vätgasdrivna bränslecellsbilar redan idag få längre räckvidd utan långa laddtider. En vätgasekonomi kräver i gengäld andra system för förvaring och distribution, och tillgång till grön el för vätgastillverkning. Men många länder har högt satta mål.

Väteekonomin eller vätgassamhället är en tänkt framtid där dagens energisystem knutet till olja och bensin – kolväteekonomin – ersatts av ett system med väte som energibärare.

2016_Toyota_Fuel_Cell_Vehicle_014_63956_42747_low

Bränslecellsbilar, som bildens Toyota Mirai, kan tankas snabbare och får längre räckvidd än dagens batterielbilar. (Bild: Toyota)

Komprimerad och tankbar energi

Fossila bränslen är energitäta och därför en bra lagringsmöjlighet för energi – nackdelen är förbränningsutsläppen som inte går att undvika när energin frisätts. Vätgas som komprimeras är också tätt på energi, som kan omvandlas till elektricitet genom att vätet oxideras med en katalysator i en bränslecell. Och det enda utsläppet från en sådan bränslecell är vatten – inga avgaser. Väte kan alltså vara ett grönt och miljövänligt bränsle, men behöver inte vara det; precis som med andra energibärare som elektricitet beror den kalkylen på hur det tillverkas.

Att tillverka väte i sig är inget problem. Elektrolysen, där vätgasen utvinns ur vatten med hjälp av elektricitet, kan ske både centralt och i distribuerade, mindre elektrolysörer. Processen är relativt dyr på grund av energiåtgången, men elektrolysceller är pålitliga och underhållsfria, och utan rörliga delar. Precis som integrerad energilagring kan vätgaslagring också fungera som ett sätt att ta vara på överskottsel. Vätet kan sedan distribueras i pipeline eller i tankar. Problemet med vätgas som bränsle är förvaringen, nedkyld till flytande form eller komprimerad under högt tryck.

En bränslecellsbil är en slags elbil, men med bränslecell istället för batteri. Om man bara tittar på verkningsgrad verkar rena elbilar vara ett bättre alternativ, och vätgasen kan verka som en omväg. Men det finns en flexibilitet med väte när det gäller produktion och distribution som ändå kan göra det attraktivt.

Satsningar kan göra tekniken skalbar

Det finns redan vätgasdrivna fordon att köpa, och i Sverige finns några enstaka vätgasmackar. Några av stötestenarna för elbilar har varit den långa laddningstiden och begränsade räckvidden jämfört med bensinbilar. I det avseendet har fordon med bränsleceller en fördel. Till exempel kan den nylanserade modellen Toyota Mirai tankas på 3-4 minuter, med en räckvidd på 50-55 mil.

I princip kan metoden med elektrolys och bränsleceller skalas upp hela vägen till vätgassamhället. Idag krävs dock dyra och svårtillgängliga ädelmetaller som platina för att utföra reaktionerna.

I naturen finns inspiration till alternativa metoder. Vissa arter av cyanobakterier fixerar kväve ur luften med hjälp av fotosyntes, och bildar vätgas som biprodukt. Att tämja mikroorganismer och samla in det väte de binder skulle vara ett sätt att möjliggöra tillverkning i en skala stor nog att underhålla en väteekonomi. Ett annat sätt är att utvinna enzymer från dem – proteiner som underlättar reaktionerna, och till skillnad från ädelmetaller består av kol, väte, och järn- och nickeljoner – och sätta in dem i en syntetisk kontext. Världsledande forskning på detta pågår till exempel på Ångströmlaboratoriet i Uppsala.

Företaget Sandvik ser stora möjligheter med bränsleceller till fordonsindustrin, och har tagit fram en unik process för att masstillverka ytbehandlade stålband – en komponent som är central i bränsleceller och tidigare tillverkats manuellt i små serier. Siktet är att etablera en branschstandard.

Gaskoncernen AGA satsar också. Sedan tidigare producerar man vätgas genom vindkraftsdriven elektrolys för industritillämpningar, men nu riktar man in sig även på fordonsbränsle och en egen vätgasmack har öppnats vid Arlanda. För bredare etablering tänker sig AGA lokala elektrolysanläggningar placerade vid befintliga mackar som en trolig väg.

Flera stora aktörer i bilbranschen utvecklar fordon, och länder som Tyskland och Japan har stora ambitioner att röra sig i riktning mot vätgassamhället och utveckla distributionsnät. Japan har exempelvis visionen att det år 2040 ska finnas en bränslecell i varje japanskt hem, driven av vätgas distribuerad i gasledningar, ungefär som stadsgas. I Tyskland finns goda förutsättningar för vätgaslagring i bergrum.

Sammanfattningsvis är väte ett på många sätt attraktivt lagringsmedium för att mellanlagra och transportera energi. Väteekonomins elektrolysörer och infrastruktur i form av pipelines och vätgasmackar är dyra investeringar, men många bedömare menar att skalfördelarna skulle göra det lönsamt.

Huruvida det är bränsleceller eller batterier som sitter i fordonen i en fossilfri framtid, eller om båda alternativen hittar sina respektive tillämpningar sida vid sida återstår att se. Klart är att det pågår många satsningar som tar itu med de frågetecken som finns, och det verkar som att en idé som länge funnits på ritbordet står i begrepp att till slut få pröva sin potential mot verklighetens krav.