Lagring och transport av vätskeväte har fått en allt viktigare roll i utvecklingen av bränslecellsdrivna tunga lastbilar. De första 35-tons och 49-tons lastbilarna utrustade med vätskevätebränsleceller, som visades upp 2021 i Kina, markerade ett avgörande steg för den industriella tillämpningen av denna teknologi. Dessa lastbilar genomförde framgångsrikt omfattande tester av bränslesystemet, inklusive isolering och påfyllning av vätskeväte, vilket innebar en övergång från forskningsstadiet till industriell användning.

Världen över finns idag mer än 120 vätskeväte-lagrings- och påfyllningsstationer, vilket utgör över en femtedel av det totala antalet påfyllningsstationer globalt. Den första stationen som byggdes i Kina, i Zhejiang-provinsen, har kapacitet att påfylla upp till 1000 kg vätskeväte per dag för bränslecellstruckar, och stationen är designad för att hantera både vätskeväte och el, med laddningsinfrastruktur som stöder en mångsidig energiförsörjning för dessa tunga fordon.

Vätskeväteförsörjning och transportmetoder för dessa stationer har fått större uppmärksamhet, särskilt efter revideringen av Kinas tekniska specifikationer för vätepåfyllningsstationer. Enligt den senaste versionen av standarden (GB 50516—2010), som trädde i kraft 2021, specificeras det att påfyllningsstationerna bör vara designade med olika leveransmetoder, inklusive vätskevätefrakt med tankbil eller rörledning, vilket möjliggör mer flexibla lösningar för transport och distribution.

När det gäller själva transporten, sker denna huvudsakligen via väg, sjö och multimodala lösningar som involverar lagringstankar för vätskeväte. Landtransport av vätskeväte påminner mycket om transporten av LNG, där vätskeväte transporteras från anläggningar till påfyllningsstationer, ofta i specialbyggda tankbilar eller tankcontainrar. Tankbilarna är försedda med vakuumisolering för att hålla vätskeväten i cryogent tillstånd och säkerställa att temperaturen förblir stabil under transporten.

Det är viktigt att förstå att vätskeväte klassificeras som farligt gods, vilket kräver strikt efterlevnad av säkerhetsregler och föreskrifter om transport av farliga ämnen. I Kina, exempelvis, är den specifika koden för vätskeväte 21002 och UN-koden är UN1966. På vägar och järnvägar gäller specifika regler för hantering av dessa ämnen, som fastställs av transportmyndigheter för att minimera riskerna vid transport.

Vidare innebär användningen av tankcontainrar, som har en standardiserad storlek, både fördelar och nackdelar. Dessa containrar, vanligtvis i 40-fots storlek, erbjuder flexibilitet i transporten då de kan staplas och fraktas på plattformar. De erbjuder även bättre säkerhet vid transport jämfört med tankbilar på grund av sin robusta ramstruktur. Men nackdelen är att lastkapaciteten är något lägre än för tankbilar, vilket kan leda till högre transportkostnader vid långa avstånd.

Förutom landtransporten, där vätskeväte levereras via vägsystem, har sjötransport också fått ökad uppmärksamhet. I USA användes exempelvis vätskeväte för rymdprogrammet Apollo på 1960- och 70-talen, där det transporterades med pråmar från Louisiana till Kennedy Space Center i Florida. Tyskland testade på 2000-talet att bygga ett SWATH-fartyg för långdistanssjötransport av vätskeväte. Flera företag, som Kawasaki Heavy Industries, har också investerat i forskning och utveckling av specialiserade vätskeväteskepp. Ett exempel är det japanska fartyget Suiso Frontier, som lanserades 2019 och är det första fartyget i världen för långdistanssjötransport av vätskeväte. Fartyget är designat för att transportera vätskeväte över haven och har kapacitet att lagra upp till 2500 m³ vätskeväte i två vakuumisolerade tankar.

Det är avgörande att förstå att tekniken för vätskevätes transport inte bara handlar om att skapa effektivare transportmetoder. Den teknologiska utvecklingen i både land- och sjötransportsystemet för vätskeväte har en djupgående inverkan på hur vi tänker kring energiomställningen och användningen av väte som en nyckelkomponent för framtidens hållbara transportlösningar.

Vätskeväte har potential att bli en central energikälla för tung lastbilstrafik och långdistanssjötransport, men det finns flera faktorer som påverkar hur snabbt dessa teknologier kan bli mainstream. De tekniska utmaningarna, inklusive säkerhetsfrågor vid lagring och transport, samt behovet av en global infrastruktur för vätskevätepåfyllning, är betydande. En annan viktig aspekt är kostnaden för vätskeväteproduktion, som för närvarande är högre än för fossila bränslen, vilket gör det nödvändigt att utveckla metoder för kostnadseffektiv produktion och distribution av vätskeväte.

Vilka är de mest lovande materialen för vätebränslesystem och deras lagringsegenskaper?

Det senaste decenniets forskning har avslöjat ett flertal lovande material och katalytiska system för väteproduktion och lagring, särskilt i relation till ammoniak-borane som vätekälla. De senaste upptäckterna inom materialvetenskapen har identifierat olika nanopartiklar och stödkatalysatorer som är exceptionellt effektiva för väteutvinning genom hydrolys av ammoniak-borane. Dessa material spelar en central roll i utvecklingen av framtida vätebränslesystem, som kan användas i bränsleceller och för lagring av ren energi.

En framträdande katalysator är ceria-stödda rhodium-nanopartiklar, som visat sig ha en överlägsen katalytisk aktivitet i väteproduktion genom hydrolys av ammoniak-borane. Enligt studier publicerade av Akbayrak et al. (2016) ger denna katalysator en mycket hög väteutvecklingseffektivitet, vilket gör den till ett lovande alternativ för användning i energilagringssystem. Även om ceria-stödda nanopartiklar har sina fördelar, är forskning på andra typer av katalysatorer, som palladium och guld-palladium kärnskal-nanopartiklar, också av stor betydelse. Dessa material, som påvisats av Rej et al. (2016), kan effektivt främja väteutveckling genom specifika reaktioner, särskilt när de utsätts för ljus.

Vidare har mesoporösa kolföreningar, som stöder palladium och palladium-nickel nanopartiklar, också blivit föremål för intensiv forskning. Dessa material har visat sig vara mycket effektiva katalysatorer för väteproduktion från NH3BH3, vilket ytterligare förstärker deras potential i vätebränslecellssystem. Wei et al. (2018) visade att dessa nanopartiklar kan skapa optimala förhållanden för väteutvinning, vilket gör dem till en av de mest lovande lösningarna för framtida energiutvinning.

Det är också viktigt att förstå strukturen och stabiliteten hos de material som används för väteutvinning. Ett exempel på sådana material är de som baseras på magnesium-amidoboran, där forskare har funnit att väteutvinningsegenskaperna förbättras markant genom att optimera de termiska dekompositionsprocesserna. Enligt Chen et al. (2013) har specifika syntesmetoder för att skapa magnesium-baserade material visat på förbättrade lagringskapaciteter och effektivare dehydrogeneringsegenskaper.

Utöver material och katalysatorer är det också väsentligt att studera lagringsmekanismer för väte, särskilt de som involverar adsorberande material som kolnanorör och mesoporösa kolmaterial. Dessa material, som har undersökts i flera studier, erbjuder en lovande väg för lagring av väte under höga tryck, vilket potentiellt kan leda till mer effektiva och säkra vätesystem. Enligt forskning från Geng et al. (2014) och Sevilla et al. (2014), har särskilt aktiverade kolmaterial och kolnanorör visat sig ha utmärkta egenskaper för väteadsorption, vilket gör dem till lovande kandidater för framtida lagringslösningar.

Det är också viktigt att betona det dynamiska samspelet mellan materialets porositet och vätesorptionskapacitet. Studien av Xia et al. (2014) visade på vikten av att utveckla superaktiverade kolmaterial för väteförvaring vid rumstemperatur, där specifika processer som aktivering och porutveckling spelar en avgörande roll för effektiviteten hos materialen.

För att effektivt lagra väte och använda det i framtida energisystem är det avgörande att förstå dessa materialens termodynamiska och kinetiska egenskaper. Vidare forskning måste fokusera på att optimera dessa processer och hitta nya sätt att förbättra katalysatorernas prestanda samt materialens stabilitet under användning. Genom att ta itu med dessa tekniska utmaningar kan vi på sikt utveckla hållbara vätesystem som kan integreras i globala energinätverk för att stödja ren energi och minska vårt beroende av fossila bränslen.

Hur kan vi göra val mer tillgängliga och rättvisa för alla?
Vad kan man förvänta sig vid fågelskådning i olika årstider och miljöer?
Hur har Swift utvecklats och vad innebär Swift 6?