Vätebaserade bränslen bör i första hand användas inom sektorer som flyg eller industriella processer som inte kan elektrifieras, hittar ett team av forskare. Att producera dessa bränslen är för ineffektivt, kostsamma och deras tillgänglighet för osäker, att i stort sett ersätta fossila bränslen till exempel i bilar eller uppvärmning av hus. För de flesta sektorer, att direkt använda el till exempel i batterielbilar eller värmepumpar är mer ekonomiskt förnuftigt. Att generellt förlita sig på vätebaserade bränslen istället och behålla förbränningstekniken hotar att låsa in ytterligare fossilbränsleberoende och utsläpp av växthusgaser.

"Vätebaserade bränslen kan vara en bra bärare av ren energi, men ändå stora är deras kostnader och tillhörande risker, " säger huvudförfattaren Falko Ueckerdt från Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). "Bränsle baserade på väte som en universell klimatlösning kan vara lite falska löften. Även om de är fantastiskt mångsidiga, man bör inte förvänta sig att de i stort sett ersätter fossila bränslen. Vätgasbaserade bränslen kommer sannolikt att vara knappa och inte konkurrenskraftiga på åtminstone ett decennium till. Att satsa på deras breda användning skulle sannolikt öka beroendet av fossila bränslen:om vi håller fast vid förbränningstekniker och hoppas kunna förse dem med vätebaserade bränslen, och dessa visar sig vara för dyra och få, då kommer vi att förbränna olja och gas ytterligare och släppa ut växthusgaser. Detta kan äventyra kort- och långsiktiga klimatmål."

Prioritering till applikationer som flyg och stålproduktion

"Vi bör därför prioritera dessa värdefulla vätebaserade bränslen till tillämpningar för vilka de är oumbärliga:långdistansflyg, råvaror i kemisk produktion, stålproduktion och eventuellt vissa industriella processer med hög temperatur, ", säger Ueckerdt. "Detta är sektorer och tillämpningar som vi knappast kan elektrifiera direkt." Forskarna identifierar en "merit-order av efterfrågan på vätgas och e-bränsle":en prioritering av var dessa nya bränslen ska användas.

Så kallat grönt väte produceras genom en process som kallas elektrolys. För att knäcka de stabila H2O-vattenmolekylerna till väte och syre, det behövs mycket el. Vätet kan sedan användas för att syntetisera kolvätebränslen genom att tillsätta kol från CO ₂ . De resulterande elektrobränslena eller e-bränslena är lättare att lagra och transportera än el eller rent väte. "Viktigast, e-bränslen kan förbrännas i konventionella förbränningsprocesser och motorer och därmed direkt ersätta fossila bränslen, säger Gunnar Luderer, medförfattare till tidningen. "Dock, med tanke på deras begränsade tillgänglighet, det skulle vara fel att tro att fossiler helt kan ersättas på detta sätt."

Att köra en bil med vätebaserade bränslen kräver fem gånger mer energi än en batteridriven elbil

"Vi är för närvarande långt ifrån 100 % förnybar el – så att effektiv användning av den är nyckeln. om vi använder vätebaserade bränslen istället för direkta elektrifieringsalternativ, två till fjorton gånger så mycket elproduktion som behövs, beroende på applikation och respektive teknologi, " säger medförfattaren Romain Sacchi från Paul Scherrer Institute. "Effektivitetsförluster sker både på utbudssidan, i produktionsprocessen av de vätebaserade bränslena, och på efterfrågesidan - en förbränningsmotor slösar mycket mer energi än en elektrisk."

"Låg energieffektivitet orsakar en bräcklig klimateffektivitet, " säger Sacchi. "Om den produceras med de nuvarande elblandningarna, vätebaserade bränslen skulle öka – inte minska – utsläppen av växthusgaser. För den tyska elmixen 2018, använda vätebaserade bränslen i bilar, lastbilar eller flygplan skulle producera ungefär tre till fyra gånger mer utsläpp av växthusgaser än att använda fossilt bränsle." elbilar eller lastbilar orsakar utsläpp av växthusgaser som är jämförbara med eller lägre än de för diesel- eller bensinbilar som redan är baserade på dagens elblandningar i de flesta länder, forskarna visar baserat på en fullständig livscykelanalys från vagga till grav som även inkluderar de utsläpp som är förknippade med batteriproduktionen.

"Endast för verkligt förnybart baserade kraftsystem blir vätebaserade bränslen ett effektivt sätt att hjälpa till att stabilisera vårt klimat, " säger medförfattaren Jordan Everall. "Vätebaserade bränslen kräver således helt klart att bygga upp massor av ytterligare produktionsanläggningar för förnybar energi."

Kostnaderna för minskning av växthusgaser för vätebaserade bränslen är för närvarande cirka 1 000 euro per ton CO ₂

Även om man antar 100 % förnybar el, kostnaderna för att undvika ett ton CO ₂ utsläppen genom att använda vätebaserade bränslen skulle för närvarande vara 800 euro för flytande och 1200 euro för gasformiga bränslen, räknade forskarna ut. Detta är mycket högre än nuvarande CO ₂ priser till exempel i det europeiska systemet för handel med utsläppsrätter, som för närvarande är under 50 euro per ton. Dock, om det finns fortsatta tekniska framsteg som drivs av CO ₂ priser samt subventioner och investeringar i väte och relaterade industrier, år 2050 dessa CO ₂ minskningskostnaderna kan sjunka till ungefär 20 euro för flytande och 270 euro för gasformiga e-bränslen.

Därav, med ökande CO ₂ priserna på vätebaserade bränslen kan bli kostnadskonkurrenskraftiga troligen år 2040. Detta är för sent för de sektorer där direkta elektrifieringsalternativ finns, med tanke på hur brådskande det är att minska utsläppen av växthusgaser för att stabilisera vårt klimat.

Koldioxidprissättning behövs för att göra vätebaserade bränslen konkurrenskraftiga

"Trots osäkerheten om framtida kostnader, vätebaserade bränslen har potential att bli en backstop-teknik för att ersätta alla kvarvarande fossila bränslen runt 2040-50. Dock, förverkligandet beror på betydande storskaligt politiskt stöd och faktiskt subventioner i ungefär två decennier innan affärsfall kan säkras enbart genom att höja koldioxidprissättningen, ", säger Falko Ueckerdt. "En övergripande politisk strategi kan vila på två pelare:För det första, brett teknikstöd för att främja innovation och initial uppskalning inklusive direkt elektrifiering. Andra, betydande koldioxidprissättning och en energiskattereform som tillsammans skapar lika villkor för all teknik och därmed en förnuftig balans mellan direkt och indirekt elektrifiering."

"Den långsiktiga visionen av vätebaserade bränslen är lovande, " säger Gunnar Luderer. "Att utnyttja den enorma vind- och solenergipotentialen hos de globala solbälten, e-bränslen kan handlas globalt och därmed lösa flaskhalsar för förnybar energi i tätbefolkade länder som Japan eller i Europa. Dock, eftersom internationella och nationella klimatmål kräver omedelbara utsläppsminskningar, ur ett klimatperspektiv bör direkt elektrifiering komma i första hand för att garantera en säker framtid för alla."

Studien publiceras i Naturens klimatförändringar .