Hydrogenkjøretøy kan representere fremtiden for transport – Er det grunn til sikkerhetsbekymringer?

Hydrogenkjøretøy eller hydrogen-drevne brenselcellekjøretøy har dukket opp som et fenomen siden 2015. Selv om det er for tidlig å forutsi fremtiden for hydrogenkjøretøy, er det ingen tvil om at interessen for dem har vært merkbar, men varierende. 

Mellom 2022 og 2023 opplevde antallet hydrogen-drevne brenselcelleelektriske kjøretøy en nedgang, fra 20 704 til 14 451. En årlig nedgang er ikke nok til å etablere en trend i forbrukerinteressen for hydrogenkjøretøy. Men det er debatt på begge sider. Selv om hydrogenkjøretøy har mange fordeler, er det også mange diskusjoner om hvor trygge de er. I de følgende segmentene vil vi se på begge disse aspektene ved hydrogenkjøretøy. 

Hydrogenkjøretøyenes unikhet

Til tross for at de er elbiler, trenger hydrogenkjøretøy ikke innebygde batterier. De har sitt eget kraftverk ombord, som kan omdanne hydrogenet i drivstofftanken til elektrisitet. Hydrogenbiler kjører med null lokale utslipp. 

Imidlertid er den største fordelen den har å tilby – så langt – den korte påfyllingstiden. I motsetning til andre elkjøretøy er lading av hydrogenkjøretøy ikke avhengig av kjøretøyets modell og infrastruktur. Den har en lang batterilagring, og rekkevidden er ikke avhengig av utetemperaturen, noe som eliminerer forverring i kaldt vær. 

Hydrogen er også en svært effektiv måte å lagre og transportere fornybar energi på, og dens adopsjon bidrar til å redusere kostnader på lang sikt. 

Mens fordelene er tilgjengelige for alle, peker noen studier også på risiko- og skadepotensialet. Vi vil i dag se nærmere på et tilfelle hvor et team fra TU Graz har analysert risiko- og skadepotensialet for hydrogenkjøretøy i tunneler. Studien har også kommet med noen anbefalinger. 

Risiko- og skadepotensialet for hydrogenkjøretøy: Hvordan minimere risiko

Under sitt HyTRA-prosjekt har Graz University of Technology undersøkt flere aspekter som kan vise seg å være risikable. Studien vurderte mulige hendelsestyper, farer for mennesker og tunnelstrukturen, og anbefalte tiltak som kan iverksettes for å minimere disse risikoene.

Mens forskerne har fastslått at sannsynligheten for ulykker med hydrogen-drevne kjøretøy i en tunnel er lav, gjør den høye energitettheten til hydrogen og det betydelige lagringstrykket at disse FCEV-ene utgjør en betydelig risiko for omfattende skade.

Lagring av hydrogen i bilens tanker ved et trykk på 700 bar kan føre til en rask frigjøring av store mengder energi. Hvis den antennes, kan hydrogen brenne ved temperaturer over 2000 grader Celsius. Produsenter designer drivstofftankene for å være robuste og godt beskyttet mot mekanisk påvirkning; de er imidlertid utilstrekkelige i situasjoner som bakende kollisjoner med store lastebiler.

Det finnes grovt sett tre farlige scenarier som kan oppstå som følge av en slik kollisjon.

I det første tilfellet kan den termiske trykkavlastningsenheten (TPRD) aktiveres når trykket øker på grunn av en termisk påvirkning, og frigjøre hydrogen fra tanken i en kontrollert stråle. Denne mekanismen bidrar til å holde trykket på et trygt nivå, og forhindrer at tanken sprekker. Likevel kan dette fortsatt utgjøre en fare hvis den frigjorte hydrogenen blander seg med luft og antennes. Likevel vil fareområdet forbli avgrenset.

Dette scenariet forverres dersom den termiske trykkavlastningsenheten svikter, noe som potensielt kan føre til at tanken eksploderer. Den påfølgende trykkbølgen kan spre seg gjennom hele kanalen. Risikoen for dødsfall kan nå opp til omtrent 30 meter, mens sannsynligheten for alvorlige indre skader kan nå opp til 300 meter. Lenger unna finnes det fortsatt risiko for sprukne trommehinner.

I det tredje scenariet, det minst sannsynlige av alle, slippes hydrogen først ut uten å antennes. Som det letteste elementet i det periodiske system, stiger gassen og samler seg som en sky under tunnelens tak. Hvis en tennkilde, som varme lamper eller et elektrisk støt, er tilstede, kan den utløse en eksplosjon av hydrogenskyen, som genererer en betydelig trykkbølge.

Risikoscenario-undersøkerne foreslo en rekke avbøtende strategier. Teamet foreslo å innføre strengere fartsgrenser, overvåket gjennom seksjonskontroll. De anbefalte også presise avstandskontrollstrategier, støttet av en robust signaleringsmekanisme for å varsle sjåfører når de følger for tett.

Mens de diskuterte risiko- og skadepotensialet for hydrogenkjøretøy, glemte ikke TU Graz-teamet å nevne konteksten de opererer i og hvordan deres risiko- og skadepotensial blir målt.

«Moderne hydrogentanker er bygget så trygt at mye må gå galt for at hydrogenen skal slippe ut.»

– Daniel Fruhwirt, Institute of Thermodynamics and Sustainable Propulsion Systems at TU Graz

Fremdriften mot hydrogenkjøretøy

Forskere forutsier en betydelig økning i adopsjon av hydrogenkjøretøy i de kommende årene. Industriforskere og analytikere anslår at antallet hydrogenkjøretøy i drift globalt vil overstige én million i 2027, opp fra litt over 60 000 i 2022, noe som representerer en økning på mer enn 1 500 %. Forbrukermarkedet forventes å bli den ledende segmentet i hydrogenkjøretøyområdet, og stå for mer enn 60 % innen 2027.

Det finnes offentlige initiativer som fremmer brenselcellekjøretøy. For eksempel, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, en enhet under Department of Energy, lanserte H2USA i 2013. I deres offisielle uttalelse hadde myndighetene følgende å si om H2USA’s mission:

«H2USA’s mission er å fremme introduksjonen og bred adopsjon av brenselcelleelektriske kjøretøy over hele Amerika. Medlemmer inkluderer føderale etater, brenselcellebransjeforeningen, bilprodusenter, hydrogenleverandører, brenselcelleutviklere, nasjonale laboratorier og andre interessenter. Samarbeidet gir en plattform for USA som ligner på de offentlige‑private samarbeidsmodellene i andre land som fokuserer på hydrogen, særlig Tyskland, Japan og Storbritannia.»

Ifølge rapporter har H2USA nå mer enn 30 deltakere.

Utover offentlige initiativer pågår det mye forskning på ytelsesforbedring som bidrar til å bygge interesse og tillit blant potensielle forbrukere av hydrogenbrenselcellekjøretøy.

For eksempel utviklet en nylig studie utført av et forskerteam fra Harvard og Incheon National University en tilnærming for å bygge brenselceller som scorer høyt både på holdbarhet og levetid. Studien fokuserte på å utvikle en kategori av fatigue-resistente elektrolyttmembraner bestående av et gjennomtrengende nettverk av Nafion og perfluoropolyeter (PFPE). Teamet bemerket en liten nedgang i brenselcellens ytelse i bytte for en ‘

staggering improvement in durability/longevity.’

En annen spennende utvikling som har vært spesielt oppmuntrende for produsentene er innføringen av spesialiserte enzymer i uttømte oljebrønner. Disse enzymene bryter ned gjenværende hydrokarboner til ulike komponenter, inkludert hydrogen. Denne fremgangen kan føre til at utallige uttømte og forlatte oljebrønner over hele verden blir kilder til et mer bærekraftig drivstoff fra deres dyp – hydrogen.

Fremdriften for hydrogenkjøretøy er i tråd med visjonen om å skape mer bærekraftige transportalternativer for fremtiden, potensielt enda mer bærekraftige enn elbiler (EV). Dette skyldes at elbiler ikke fullt ut oppnår bærekraft; deres utslippspotensial avhenger av hvordan elektrisiteten produseres.

Mange selskaper utvikler hydrogenkjøretøysløsninger, i forventning om at myndigheter og transportmyndigheter vil i økende grad foretrekke hydrogenkjøretøy fremfor elbiler i fremtiden. I de følgende segmentene diskuterer vi et par av slike selskaper.

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

GM Hydrotec Fuel Cell Technology hevder å være en rimelig brenselcellekraftløsning for land-, luft- og marineapplikasjoner. I 2021 kunngjorde Wabtec Corporation (NYSE: WAB) og General Motors (NYSE: GM) et samarbeid om å utvikle og kommersialisere GMs Ultium-batteriteknologi og HYDROTEC hydrogenbrenselcellet systemer for Wabtec lokomotiver.

Mens de snakket om den merverdien GMs løsninger kunne gi Wabtec, hadde administrerende direktør og president i Wabtec, Rafael Santana, følgende å si:

«Vår FLXdrive-lokomotiv, verdens første 100 % batteridrevne lokomotiv, har vist sitt potensial til å kutte karbonutslippene med opptil 30 % ved drift på 6 MWh. Men vi kan ikke stoppe der. Ved å samarbeide med GM om Ultium-batteri og HYDROTEC hydrogenbrenselcelleteknologier, kan vi akselerere jernbaneindustriens vei mot avkarbonisering og veien mot nullutslippslokomotiver ved å utnytte disse to viktige fremdriftsteknologiene.»

GMs Hydrotec-løsning tilbyr kompakte og lett pakkbare brenselcellekraftkuber for et bredt spekter av applikasjoner, inkludert lokomotiver. Ultium er batteriteknologien som tilfører fleksibilitet, effektivitet, kraft og pålitelighet som jernbanen trenger.

I 2021 inngikk General Motors også et samarbeid med Liebherr-Aerospace for å utvikle et demonstrasjonsystem for hydrogenbrenselcellekraftproduksjon for fly. Neste år bestemte GM seg for å gå utover kjøretøy- og biltransport med sin Hydrotec-løsning.

Selskapet kunngjorde sine planer om å utvikle flere HYDROTEC-baserte kraftgeneratorer drevet av GMs Generation 2 HYDROTEC brenselcellekraftkuber. Disse inkluderer:

• En mobil kraftgenerator (MPG) som tilbyr hurtigladekapasitet for elbiler uten å installere permanente ladestasjoner.
• EMPOWER hurtiglader som gjør at detaljhandelsdrivstoffstasjoner kan legge til rimelig DC-hurtiglading uten å utvide nettet.
• En pallatisert MPG for å stille stille og effektivt med strøm til militære leirer og installasjoner.

For regnskapsåret 2023 rapporterte GM en omsetning på 171,8 milliarder dollar, med nettoresultat til aksjonærene på over 10 milliarder dollar og justert EBIT på 12 milliarder dollar.

#2. Cellcentric: Et femti-femti samarbeid mellom Daimler og Volvo

Cellcentric, et 50:50 joint venture mellom Volvo Group og Daimler Truck AG, har som mål å bli en ledende global produsent av brenselceller for å hjelpe verden med å nå målet om å innføre nøytral og bærekraftig transport innen 2050.

I mai 2024 kunngjorde Cellcentric sitt NextGen brenselcellesystem, en løsning skreddersydd for langdistanse lastebiler i Europa og Nord-Amerika. Systemet er en høyt integrert, kompakt og lettvektspakke som kan levere kraft over 350 kW ved maksimal ytelse.

I følge Cellcentrics estimater forventes løsningen å tilby et drivstofforbrukssparing på 20 % sammenlignet med BZA150-generasjonen. NextGen-systemet har også en økning i krafttetthet på 30 % sammenlignet med nåværende generasjon og en reduksjon i avfallsvarme på 40 % ved maksimal belastning, takket være sitt sofistikerte systemdesign og optimale ytelse. Løsningen reduserer også kjølekravene, og forbedrer produktets ytelsesnivå.

For hele året 2023, Volvo økte sin nettoomsetning med nesten 80 milliarder SEK til 553 milliarder SEK, og justert driftsinntekt til 77,6 milliarder SEK (50,5), med en justert driftsmargin på 14,0 % (10,7). Daimler Group sin omsetning økte med 10 % til et rekordnivå på 55,9 milliarder euro i 2023.

Fremtiden for hydrogen brenselcellekjøretøy

Alt i alt ser fremtiden for hydrogenkjøretøy lovende ut, ettersom det er et økende globalt behov for bærekraftige transportløsninger. Imidlertid må produsenter og teknologiforskere jobbe med alle aspekter av en hydrogenbrenselcellebil, inkludert cellestabelen, drivstoffpåfylling, drivstofftank, kontroller og termisk system, for å bli mer effektive og sikre.

Disse kjøretøyene tilbyr flere fordeler, inkludert umiddelbart dreiemoment og jevn, konsistent kraft, lave vedlikeholdskrav, raske påfyllingsfordeler, null utslipp, og mer. Imidlertid må produsentene arbeide mer med kostnadene.

Anskaffelse av en brenselcellebil kan koste mer enn sammenlignbare konvensjonelle biler. Imidlertid finnes det flere insentiver i utviklede økonomier, som en rabatt på $4 500 ($7 500 for inntektskvalifiserte kjøpere) fra California’s Clean Vehicle Rebate Project og andre. Mens disse insentivene vil øke adopsjon og synlighet på kort sikt, vil langsiktig suksess kun bli drevet av sikkerhets- og ytelsesstandardene som tilbys.

Klikk her for å lære hva som gjorde hydrogen til en attraktiv energikilde igjen.