Vätgas, H2, anses vara den visionära, transportabla energikällan för framtiden. Den kan användas för bränsletillförsel på flera sätt: den kan användas direkt som bränsle i förbränningsmotorer, driva bränsleceller eller användas för att tillverka syntetiska bränslen genom en syntesprocess med kolväteföreningar. I den ideala världen skulle det vara möjligt att producera miljövänliga syntetiska bränslen från två råmaterial: vätgas och koldioxid.

Vätgas har mycket låg densitet men en mycket hög specifik energi. Den kan brinna i ett brett spektrum av blandningar med luft och har lågt antändningsenergi. Detta gör den till ett lovande alternativ, men det innebär även vissa tekniska utmaningar. En av de största problemen är att vätgas orsakar sprödhet i material, vilket leder till att vissa material kan skadas vid långvarig användning. Dessutom, på grund av vätgasens flyktighet, är förslitning av tätningar mer kritiskt. För att hantera dessa problem krävs ofta specialmaterial. Under förbränningsprocessen bildas endast vatten eller vattenånga som biprodukt, vilket gör att vätgas i teorin skulle kunna vara helt fri från utsläpp av föroreningar och CO2.

Men verkligheten för vätgas i en förbränningsmotor är mer komplex. Eftersom förbränningsmotorer använder luft som syretillförsel och vätgas brinner vid hög temperatur, kommer kväveoxider (NOx) att bildas. Detta problem kan endast minimeras genom att kontrollera förbränningsprocessen noggrant. Om vätgasen produceras genom elektrolys med hjälp av solenergi, skulle det i teorin vara den mest miljövänliga lösningen eftersom den är helt utsläppsfri. Men elektrolys av vatten är en mycket ineffektiv process, och om den nuvarande elproduktionen används för elektrolysen, skulle vätgasdrivna fordon inte vara CO2-neutrala. För närvarande tillverkas nästan all vätgas från fossila bränslen, främst naturgas, genom en process som kallas ångreformering.

När vätgas produceras genom ångreformering av metan (CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2), förloras de ekologiska fördelarna med vätgas som bränsle, eftersom denna process fortfarande är beroende av fossila bränslen. För framtiden är det dock möjligt att vätgasproduktion genom elektrolys med elektricitet från förnybara källor blir en mer miljövänlig lösning, förutsatt att tillräcklig mängd vatten av acceptabel kvalitet är tillgänglig för att säkerställa en effektiv och hållbar produktion av vätgas.

Lagring av vätgas kan ske på flera sätt, men alla metoder har sina egna utmaningar. Vätgas kan förflyttas till flytande form vid extremt låga temperaturer (−253 °C), vilket kräver mycket energi och specialiserade tankar med hög prestandaisolering. Trots det kommer vätgasen att värmas upp långsamt, vilket leder till att gasen avdunstar och ökar trycket i tanken, vilket kräver ventileringssystem för att hålla trycket på en säker nivå. En annan metod är att komprimera vätgasen till högt tryck (700 bar), vilket också innebär en betydande energiförlust vid kompressionen. Den tredje metoden innebär att vätgasen införlivas i fasta ämnen, såsom att vätgas lagras i kristallgittret av metaller. Denna teknik används ibland i ubåtar, men den är dyr och inte praktisk för massproduktion i fordonsindustrin.

Trots att vätgasen i teorin skulle kunna ge mycket högre energitäthet än traditionella bränslen, visar praktiken att räckvidden för vätgasdrivna fordon med samma tankvolym är betydligt kortare än för dieselbilar. Lagring och hantering av vätgas är förknippade med risker på grund av vätgasens benägenhet att diffundera genom många material. Detta leder till förluster genom avdunstning och ökar risken för att brännbara blandningar kan uppstå.

Ett annat problem är infrastrukturen för vätgas. Byggandet av tankstationer för vätgas är både tekniskt och ekonomiskt utmanande. Detta kan skapa en ”hönan eller ägget”-situation: utan ett nationellt nätverk av vätgasstationer kommer försäljningen av vätgasdrivna fordon att vara långsam, och utan en betydande marknad för vätgasdrivna bilar finns inget incitament att investera i ett sådant nätverk.

Trots denna komplexitet finns det skäl att tro att vätgas som en energikälla för transportsektorn kommer att bli mer relevant i framtiden. Klimatförändringar och den globala viljan att tackla CO2-problemet ger nya incitament att utveckla vätgasdrivna lösningar. Vätgas, särskilt i kombination med bränsleceller, ses som ett lovande alternativ, inte bara för passagerarfordon utan också för tunga långväga lastbilar, där de nuvarande batteriernas vikt och behovet av frekventa laddningar innebär stora nackdelar.

För att bränsleceller ska kunna bli en realistisk lösning för framtidens transportbehov, kvarstår dock flera tekniska och ekonomiska hinder. Dessa inkluderar kostnader för vätgasen, bränslecellerna och den nödvändiga infrastrukturen. Under de senaste åren har bränsleceller återigen blivit föremål för stort intresse som en framtida lösning, men det är tydligt att utvecklingen av denna teknologi kräver fortsatt innovation och samarbete på global nivå.

Hur kan elektrifierade lastbilar och catenärsystem påverka vägtransportsystemet?

Elektrifiering av vägtransportsystemet har länge varit ett mål för att minska koldioxidutsläpp och öka energieffektiviteten i transporter. I den här kontexten är catenärsystem, solpaneler ombord och bränsleceller några av de mest lovande teknologierna som kan spela en central roll i omställningen mot hållbara lastbilar. Deras integration i kommersiella transportlösningar har potential att förändra hur lastbilstransporter fungerar i framtiden, men dessa teknologier innebär också en rad tekniska och ekonomiska utmaningar som måste hanteras.

Catenärsystemet, en form av elektrifiering för vägtransporter, fungerar genom att lastbilar ansluter sig till ett overheadsystem som levererar elektricitet under körning. Detta system kan särskilt gynna lastbilar som trafikerar specifika vägar utrustade med dessa elektriska ledningar. Genom att koppla upp sig till de elektriska trådarna kan lastbilarna ladda sina batterier under färd, vilket ger dem möjlighet att öka sin räckvidd. Detta innebär att de inte enbart är beroende av stationära laddningsstationer för att få energi. För att detta system ska vara effektivt krävs dock en hög grad av vägelektrifiering, där en stor del av de vägar lastbilarna trafikerar måste vara utrustade med dessa ledningar. Kostnaden för att bygga ut ett sådant nätverk är hög, och det finns ytterligare utmaningar med att säkerställa tillräcklig kapacitet för att stödja de elektriska behoven under högtrafikperioder.

En alternativ vision är att catenärsystemet inte bara ska fungera som en extra energikälla, utan också som den primära energiförsörjningen för lastbilar, likt hur elektriska tåg drivs. Denna lösning kräver dock omfattande investeringar och en snabb utbyggnad av infrastrukturen. Dessutom innebär ett sådant system utmaningar som den nödvändiga kapaciteten för att hantera höga effekter under tunga trafikperioder, samt potentiella problem med felsökning och underhåll om catenärsystemet skulle gå sönder.

Solpaneler ombord på lastbilar har också testats som en möjlighet att generera elektricitet under körning. Ett prototypfordon har utrustats med 100 m² solceller på semitrailern, vilket gör det möjligt att producera energi för upp till 10 000 km årlig körning, beroende på solens intensitet. Trots detta kan solenergin inte täcka hela energiförbrukningen för en tung lastbil med en årlig körsträcka på mer än 100 000 km. Användningen av solceller medför också extra kostnader och vikt, och det återstår att se om denna teknologi kommer att ha en betydande roll som komplementär energikälla för kommersiella lastbilar.

En annan teknologi som förväntas spela en roll i framtida elektriska drivsystem är bränsleceller. Bränsleceller genererar elektricitet genom att kombinera väte och syre för att producera elektrisk energi, med vatten som enda utsläpp. Den stora fördelen med bränsleceller är att de har en hög gravimetrisk energitäthet, vilket innebär att lastbilar kan köras längre sträckor på kortare tid med snabb påfyllning av väte. För att hantera korta avstånd och startmoment, där bränslecellen är mest utsatt för skador, kan lastbilar utrustas med ett kraftfullt batteri som en buffert för att hantera effektspikar och regenerera energi vid inbromsning.

För att ytterligare effektivisera bränslecellsdrivna lastbilar kan flera bränsleceller kombineras i ett system där deras kapacitet adderas. Detta skulle kunna skapa redundans och höja den totala effekten som krävs för att driva lastbilen effektivt. Bränsleceller har dock också sina nackdelar. Till exempel kräver de en relativt kostsam infrastruktur för att bygga ut vätepåfyllningsstationer, och det finns ytterligare tekniska och ekonomiska hinder att övervinna innan bränsleceller kan bli en bred lösning inom transportsektorn.

En annan intressant utveckling är integrationen av elektriska system i trailern. Genom att installera elektriska maskiner på traileraxlarna kan denna typ av system bidra till att öka energiutnyttjandet i hela ekipaget. Trailers kan generera elektricitet genom att använda dessa axelmaskiner som generatorer, vilket möjliggör förvaring av energi i batterier. Denna elektriska energi kan till exempel användas för att driva en kylaggregat i trailern eller till andra funktioner. Detta skapar ett effektivare system där trailern inte enbart är en passiv enhet, utan också kan bidra aktivt till det totala energibehovet.

Det är också möjligt att använda elektriska system i trailern för att kompensera för bränslet och batterier i lastbilar som använder konventionella dieselmotorer eller batteridrivna elektriska system. Detta skulle kunna resultera i en bättre fördelning av energikostnaderna och ett mer hållbart sätt att transportera gods över långa sträckor.

Det är klart att dessa teknologier erbjuder en intressant möjlighet för framtidens vägtransportsystem. Dock finns det flera faktorer som måste beaktas för att dessa system ska bli verklighet. Från en teknisk och ekonomisk synpunkt är det nödvändigt att dessa system designas för att vara flexibla och skalbara, så att deras införande kan ske gradvis och på ett kostnadseffektivt sätt. För att uppnå detta behövs samarbete mellan olika aktörer inom transport, energi och infrastrukturutveckling för att säkerställa att dessa lösningar blir praktiska och genomförbara på bred front.

Hur kan motståndsband förbättra din träning och rehabilitering?
Hur skapar man enkla och näringsrika skålar utan att laga mat?
Hur Ramverk och Förtroende Påverkar Vår Världssyn och Klimatåtgärder