Väte används främst för att tillverka kemikalier som gödningsmedel och i oljeraffinaderier. Det mesta av väte i världen idag tillverkas av naturgas eller kol – metoder förknippade med stora koldioxidutsläpp. Utvecklade länder ser därför efter "grönt väte" istället – producerat med förnybar el som sol- och vindkraft. Energiexperterna Rod Crompton och Bruce Young förklarar grönt vätgas potentiella fördelar och utmaningar.

Vad används väte till?

Den globala efterfrågan på väte nådde 94 miljoner ton 2021 och innehöll energi motsvarande cirka 2,5 % av den globala slutliga energiförbrukningen. Endast cirka 0,1 % av den nuvarande globala väteproduktionen är grön, men stora utbyggnader planeras.

Nya tillämpningar för grönt väte planeras också.

Liebreichs klassificering är en användbar indikator på de potentiella marknaderna för grönt väte.

Eftersom målet med att använda grönt väte egentligen är att minska koldioxiden, bör de ansökningar som ska riktas först vara de som kommer att ge de största minskningarna av utsläppen. Liebreichs stege visar vilka de är. Applikationerna i den (gröna) översta raden är en effektiv användning av värdefullt grönt väte.

Men grönt väte kostar för närvarande mycket mer att tillverka än mindre rena typer av väte. Att använda den för att producera de 180 miljoner ton ammoniak per år som krävs globalt för produktion av gödningsmedel skulle ha en allvarlig inverkan på livsmedelspriserna.

Så det är svårt att se hur denna övergång kommer att ske.

Hur tillverkas grönt väte?

Grönt väte tillverkas av vatten. Med hjälp av förnybar ("grön") elektricitet separerar utrustning som kallas elektrolysörer väte från syre i vatten (H₂O). Processen kallas elektrolys.

Grönt väteproduktion släpper inte ut någon koldioxid, men byggandet av förnybar elinfrastruktur använder för närvarande fossila bränslen, som släpper ut koldioxid.

Väte har traditionellt tillverkats av icke-förnybara energikällor som kol ("svart väte") och naturgas ("grå väte"). När dessa metoder kombineras med kolavskiljning och lagring kallas vätet som produceras "blått väte".

Vilka utmaningar innebär grönt väte?

Även om kostnaderna för förnybar elproduktion har sjunkit, är kostnaden för elektrolys fortfarande inte kommersiellt konkurrenskraftig.

Idag har grönt väte en uppskattad energiekvivalent kostnad på mellan 250 och 400 USD per fat olja vid fabriken, enligt International Renewable Energy Agency. Framtida kostnadsminskningar förutses men dessa är osäkra. De nuvarande oljepriserna är runt 100 dollar per fat - mycket mindre än det skulle kosta att använda grönt väte istället för konventionella petroleumprodukter.

Även kostnaderna för att transportera vätgas måste beaktas.

Tyvärr är vätgas fysik emot billiga vätetransporter. Det är mycket mer utmanande än oljebaserade flytande bränslen, flytande petroleumgas eller flytande naturgas. Havstransport av väte måste ske vid mycket låga temperaturer (-253℃). Bensin eller diesel behöver ingen dyr kylning:den transporteras vid omgivande lufttemperatur.

Och väte bär bara 25 % av den energi som en liter bensin gör, vilket gör det mycket dyrare att transportera och lagra samma mängd energi.

Alternativa sätt att transportera väte har undersökts. Eftersom ammoniak (NH₃) är mycket lättare och billigare att transportera än väte, har International Renewable Energy Agency rekommenderat att "lagra" väte i ammoniak för frakt. Men det kräver ytterligare utrustning för att lägga vätgas i ammoniak och ta bort det vid sin destination. Dessa processer lägger till kostnader på cirka 2,50–4,20 USD/kg (motsvarande 123–207 USD per fat olja) enligt byrån.

Vätgas är svårare att hantera än konventionella fossila bränslen. Det är en färglös, luktfri och smaklös gas, till skillnad från konventionella kolväten. Detta försvårar läcksökning och ökar risken för brand eller explosion. Vätgasbränder är osynliga för det mänskliga ögat.

Historiskt sett har väte kontrollerats inom fabrikens omkrets och hanterats av utbildade människor. Det omfattande införandet av väte i samhället kommer att kräva nya åtgärder och färdigheter, inklusive försäkring, materialhantering, brandbekämpning och katastrofhantering.

Var kommer sannolikt de första megaprojekten för väte att byggas?

Byggandet av det första gröna vätgasprojektet i gigawattskala i Saudiarabien har redan påbörjats. Många av pionjärprojekten kommer att byggas på södra halvklotet, mestadels i utvecklingsländer. Detta beror på att de är mindre tätbefolkade och har bättre förnybara energiresurser (sol och vind) för att generera nödvändig elektricitet.

Även om detta kan låta positivt för utvecklingsländerna, finns det stora risker med att utveckla megaprojekt för väte. För det första säger "järnlagen" för megaprojekt:"Över budget, över tid, under förmåner, om och om igen." Projektägare bär risken för projektgenomförande.

Riskerna inkluderar också växelkursrisk, avlägsna platser, banbrytande teknologi och brist på kompetens. Blivande värdländer kommer att behöva balansera dessa risker mot frestelserna av förbättrade investeringar, sysselsättning och betalningsbalans. De skulle göra klokt i att utvinna garantier från sina kundländer för att undvika orättvisorna i att det globala södern subventionerar det globala norr när det övergår till renare energi.

Sydafrika har nu en "vätefärdplan" efter många år av statlig finansiering. Energibolaget Sasol och fordonstillverkaren Toyota talar om en "Hydrogen Valley", en geografisk korridor av koncentrerad vätetillverkning och applikationsindustrier. Och den sydafrikanska regeringen och Sasol talar om att etablera en ny hamn på västkusten vid Boegoebaai för tillverkning och export av grönt väte. I Nelson Mandela Bay planerar Hive Hydrogen en grön ammoniakanläggning för 4,6 miljarder USD.

Namibia har också stora planer för ett grönt väteprojekt på 10 miljarder USD.

Nyckeln till att minska kostnaderna för grönt väte i framtiden ligger främst i tekniska förbättringar och kostnadsminskningar relaterade till masstillverkning och en uppskalning av elektrolys. Och i mindre utsträckning, inkrementella kostnadsminskningar inom transport och hantering. + Utforska vidare

Generera grönt väte från biomassa, en riklig förnybar energikälla

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.