Hydrogenkøretøjer kan repræsentere fremtidens transport – Er der grund til sikkerhedsbekymringer?

Hydrogenkøretøjer eller hydrogen-drevne brændselscellekøretøjer er fremkommet som et fænomen siden 2015. Selvom det er for tidligt at forudsige fremtiden for hydrogenkøretøjer, er det ubestrideligt, at interessen for dem har været mærkbar, men svingende. 

Mellem 2022 og 2023 oplevede antallet af hydrogen-drevne brændselscelle-elektriske køretøjer et fald i tallene, fra 20.704 til 14.451. Et årligt fald er ikke nok til at fastslå en tendens i forbrugerinteressen for hydrogenkøretøjer. Men der er debat på begge sider. Selvom der er mange fordele ved et hydrogenkøretøj, er der også mange diskussioner om, hvor sikkert et hydrogenkøretøj er. I de følgende afsnit vil vi se på begge disse aspekter af hydrogenkøretøjer. 

Unikheden ved hydrogenkøretøjer

Selvom de er elbiler, har hydrogenkøretøjer ikke brug for indbyggede batterier. De har deres eget kraftværk ombord, som kan omdanne brint i brændstoftanken til elektricitet. Hydrogenbiler kører med nul lokale emissioner. 

Den største fordel, den indtil videre har at tilbyde, er den korte påfyldningstid. I modsætning til andre el‑køretøjer er påfyldning af hydrogenkøretøjer ikke afhængig af køretøjets model og infrastruktur. Den har en lang batterilagring, og dens rækkevidde er ikke afhængig af udendørstemperaturen, hvilket eliminerer risikoen for forringelse i koldt vejr. 

Brint er også en yderst effektiv måde at lagre og transportere vedvarende energi på, og dens anvendelse hjælper med at reducere omkostninger på lang sigt. 

Mens fordelene er tilgængelige for alle at indse, peger nogle studier også på dets risik- og skadespotentiale. Vi vil i dag specifikt se på et tilfælde, hvor et team fra TU Graz har analyseret risiko- og skadespotentialet for hydrogenkøretøjer i tunneler. Undersøgelsen har også fremsat nogle anbefalinger. 

Risiko- og skadespotentialet for hydrogenkøretøjer: Sådan minimeres risiciene

Under sit HyTRA-projekt har Graz University of Technology undersøgt flere aspekter, der kan vise sig at være risikable. Undersøgelsen vurderede mulige hændelsestyper, farer for mennesker og tunnelstrukturen samt anbefalede foranstaltninger, der kan træffes for at minimere disse risici.

Selvom forskerne har fastslået, at sandsynligheden for ulykker med hydrogen-drevne køretøjer i en tunnel er lav, udgør den høje energitæthed af brint og det betydelige lagringstryk en væsentlig risiko for omfattende skader.

Opbevaring af brint i biltankene ved et tryk på 700 bar kan føre til en hurtig frigivelse af en stor mængde energi. Hvis den antændes, kan brinten brænde ved temperaturer over 2000 grader Celsius. Producenterne designer brændstoftankene til at være robuste og godt beskyttede mod mekanisk påvirkning; de er dog utilstrækkelige i situationer som bagkollisioner med store lastbiler.

Der er groft sagt tre farlige scenarier, der kan opstå som resultat af en sådan kollision.

I det første tilfælde kan den termiske trykaflastningsenhed (TPRD) aktivere, når trykket stiger på grund af en termisk påvirkning, og frigive brint fra tanken i en kontrolleret stråle. Denne mekanisme hjælper med at holde trykket på et sikkert niveau og forhindrer, at tanken revner. Dog kan dette stadig udgøre en fare, hvis den udløste brint blandes med luft og antændes. Alligevel vil farezonen forblive afgrænset.

Dette scenarie forværres, hvis den termiske trykaflastningsenhed fejler, hvilket potentielt kan føre til, at tanken eksploderer. Den resulterende trykbølge kan sprede sig gennem hele kanalen. Risiciene for dødsfald kan strække sig op til cirka 30 meter, mens sandsynligheden for alvorlige indre skader kan nå op til 300 meter. Længere væk eksisterer stadig risikoen for revnede trommehinder.

I det tredje scenarie, som er det mindst sandsynlige, frigives brint først uden at antænde. Som det letteste grundstof i det periodiske system stiger gassen og samler sig som en sky under tunnelens loft. Hvis der er en antændelseskilde, såsom varme lamper eller en elektrisk impuls, kan den udløse en brintskyeksplosion, der genererer en betydelig trykbølge.

Undersøgerne af risikoscenariet foreslog en række afbødende strategier. Teamet foreslog at indføre strengere hastighedsgrænser, overvåget gennem sektionkontrol. De anbefalede også præcise afstandskontrolstrategier, understøttet af en robust signaleringsmekanisme, der advarer førerne, når de følger for tæt på.

“Moderne brintanke er bygget så sikkert, at meget skal gå galt, før brinten kan slippe ud.”

– Daniel Fruhwirt, Institut for termodynamik og bæredygtige fremdriftssystemer ved TU Graz

Fremdriften mod hydrogenkøretøjer

Forskere forudsiger en betydelig stigning i adoptionen af hydrogenkøretøjer i de kommende år. Industriforskere og analytikere anslår, at antallet af hydrogenkøretøjer i drift globalt vil overstige én million i 2027, op fra lidt over 60.000 i 2022, hvilket svarer til en stigning på mere end 1.500 %. Forbrugermarkedet forventes at blive den førende segment inden for hydrogenkøretøjer og udgøre mere end 60 % i 2027.

Der er regeringsinitiativer, der fremmer brændselscellekøretøjer. For eksempel lancerede Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, en enhed under Department of Energy, H2USA i 2013. I deres officielle erklæring sagde myndighederne følgende om H2USA’s mission: 

“H2USA’s mission er at fremme introduktionen og den udbredte adoption af brændselscelle-elektriske køretøjer i hele Amerika. Medlemmerne omfatter føderale agenturer, brændselscellebrancheforeningen, bilproducenter, brintleverandører, brændselscelleudviklere, nationale laboratorier og yderligere interessenter. Samarbejdet giver USA en platform svarende til de offentligt-private samarbejder i andre lande, der fokuserer på brint, især Tyskland, Japan og Storbritannien.”

Ifølge rapporter har H2USA nu mere end 30 deltagere. 

Udover regeringsinitiativer er der mange forskningsprojekter i gang, der forbedrer ydeevnen og hjælper med at opbygge interesse og tillid blandt potentielle forbrugere af brintbrændselscellekøretøjer. 

For eksempel udarbejdede en nylig undersøgelse udført af et forskerteam fra Harvard og Incheon National University en tilgang til at bygge brændselsceller, der scorer højt både på holdbarhed og levetid. Undersøgelsen fokuserede på at udvikle en kategori af træthedsresistente elektrolytmembraner bestående af et gennemtrængende netværk af Nafion og perfluoropolyether (PFPE). Teamet bemærkede en let nedbrydning af brændselscellens ydeevne til gengæld for en ‘betagende forbedring i holdbarhed/levetid.’

En anden spændende udvikling, der har været særligt opmuntrende for producenterne, er introduktionen af specialiserede enzymer i udtømte oliebrønde. Disse enzymer nedbryder vedvarende kulbrinter til forskellige komponenter, herunder brint. Denne fremskridt kan resultere i utallige udtømte og forladte oliebrønde verden over, der bliver kilder til et mere bæredygtigt brændstof fra deres dybder — brint.

Fremdriften for hydrogenkøretøjer er i overensstemmelse med visionen om at skabe mere bæredygtige transportalternativer for fremtiden, potentielt endda mere bæredygtige end elbiler (EV’er). Dette skyldes, at elbiler ikke fuldt ud opnår bæredygtighed; deres emissionspotentiale afhænger af, hvordan elektriciteten produceres.

Mange virksomheder udvikler hydrogenkøretøjsløsninger i forventning om, at regeringer og transportmyndigheder i stigende grad vil foretrække hydrogenkøretøjer frem for elbiler i fremtiden. I de følgende afsnit diskuterer vi et par af disse virksomheder.

#1. Ultium Platform og HYDROTEC Fuel Cell Power Cubes fra General Motors

GM Hydrotec Fuel Cell Technology hævder at være en overkommelig brændselscellekraftløsning til land-, luft- og marineapplikationer. I 2021 annoncerede Wabtec Corporation (NYSE: WAB) og General Motors (GM ) (NYSE: GM) et samarbejde om at udvikle og kommercialisere GMs Ultium-batteriteknologi og HYDROTEC brintbrændselscellet systemer til Wabtec lokomotiver.

Mens han talte om den værditilvækst, GMs løsninger ville bringe til Wabtec, sagde Wabtecs administrerende direktør og præsident, Rafael Santana, følgende:

“Vores FLXdrive lokomotiv, verdens første 100 procent batteridrevne lokomotiv, har vist sit potentiale til at reducere CO2-udledningen med op til 30 procent ved drift på 6 MWh. Men vi kan ikke stoppe der. Ved at samarbejde med GM om Ultium-batteri- og HYDROTEC brintbrændselscelleteknologier kan vi accelerere jernbanesektorens vej mod dekarbonisering og en vej mod nul‑emissionslokomotiver ved at udnytte disse to vigtige fremdriftsteknologier.”

GMs Hydrotec-løsning tilbyder kompakte og letpakkerbare brændselscellekraftkuber til en bred vifte af anvendelser, herunder lokomotiver. Ultium er batteriteknologien, der tilføjer den fleksibilitet, effektivitet, kraft og pålidelighed, som jernbanerne har brug for.

I 2021 indgik General Motors også et samarbejde med Liebherr-Aerospace om at udvikle et demonstratorsystem til brintbrændselscellekraftproduktion til fly. Året efter besluttede GM at gå ud over køretøjs- og biltransportområdet med sin Hydrotec-løsning. 

Virksomheden erklærede sine planer om at udvikle flere HYDROTEC-baserede kraftgeneratorer drevet af GMs Generation 2 HYDROTEC brændselscellekraftkuber. Disse omfatter:

• En mobil kraftgenerator (MPG), der tilbyder hurtigopladningskapacitet til elbiler uden at installere permanente ladestationer.
• EMPOWER hurtigoplader, som gør det muligt for detailhandlens tankstationer at tilføje overkommelig DC-hurtigopladning uden at udvide elnettet.
• En pallebaseret MPG til stille og effektivt at forsyne militære lejre og installationer med strøm.

For regnskabsåret 2023, GM rapporterede en omsætning på 171,8 milliarder dollars, med et nettoresultat tilhørende aktionærer på over 10 milliarder dollars og justeret EBIT på 12 milliarder dollars.

#2. Cellcentric: Et 50/50-samarbejde mellem Daimler og Volvo

Cellcentric, et 50:50 joint venture mellem Volvo Group og Daimler Truck (DTG.DE ) AG, har til formål at blive en førende global producent af brændselsceller for at hjælpe verden med at nå sit mål om at introducere neutral og bæredygtig transport inden 2050.

I maj 2024 annoncerede Cellcentric sit NextGen brændselscellesystem, en løsning skræddersyet til langdistancetransport i Europa og Nordamerika. Systemet er en højt integreret, kompakt og letvægts enkelt‑systempakke, der kan levere strøm på over 350 kW ved sin maksimale ydeevne.

Ifølge Cellcentrics estimater forventes løsningen at give et brændstofforbrug, der er 20 procent lavere sammenlignet med BZA150‑generationen. NextGen-systemet har også en effektivitetsforøgelse på 30 procent i forhold til den nuværende generation og en 40 procent reduktion i spildvarme ved maksimal belastning, takket være det sofistikerede systemdesign og optimale ydeevne. Løsningen sænker også kølekravene, hvilket forbedrer produktets egnethed. 

For hele året 2023, Volvo øgede sin nettoomsætning med næsten 80 milliarder SEK til 553 milliarder SEK og den justerede driftsindtægt til 77,6 milliarder SEK (50,5), med en justeret driftsmargin på 14,0 % (10,7). Daimler Groups omsætning øgedes med 10 % til et rekordniveau på 55,9 milliarder € i 2023.

Fremtiden for hydrogenbrændselscellekøretøjer

Alt i alt ser fremtiden for hydrogenkøretøjer lovende ud, da der er et stigende globalt behov for bæredygtige transportløsninger. For at blive mere effektive og sikre skal producenter og teknologiforskere dog arbejde på alle aspekter af en hydrogenbrændselscelle‑elektrisk bil, herunder celle‑stakken, brændstofpåfyldning, brændstoftank, controller og varmesystem. 

Disse køretøjer tilbyder flere fordele, herunder øjeblikkelig drejningsmoment og glat, konsistent kraft, lave vedligeholdelseskrav, hurtig påfyldning, nul emissioner og mere. Producenterne skal dog arbejde mere på omkostningerne. 

Anskaffelse af en brændselscellebil kan koste mere end sammenlignelige konventionelle biler. Dog er der flere incitamenter tilgængelige i udviklede økonomier, såsom et tilskud på $4.500 ($7.500 for indkomstberettigede købere) fra Californias Clean Vehicle Rebate Project og andre. Selvom disse incitamenter vil øge adoptionen og synligheden på kort sigt, vil den langsigtede succes kun blive drevet af de sikkerheds- og præstationsstandarder, der tilbydes.

Klik her for at lære, hvad der gjorde brint til en attraktiv energikilde igen.