En ny studie publicerad i Energy Science and Engineering avslöjar att den nuvarande gasinfrastrukturen, såsom rörledningar och apparater, i stort sett är "oanvändbar" för vätgas utan omfattande investeringar eller förändringar. Dessa förändringar skulle dessutom kunna minska energileveransen till kunderna avsevärt.
- Det finns allvarliga säkerhets- och miljörisker kopplade till att anpassa dagens gasledningar för vätgas, säger Andrew Gillis, vd för Aurora Hydrogen och en av rapportförfattarna.
Vätgasens unika egenskaper skapar problem
Vätgas har lyfts fram som ett potentiellt ersättningsbränsle för naturgas, särskilt i en framtid där koldioxidutsläppen måste minskas. Många hoppas att den befintliga infrastrukturen för naturgas kan återanvändas för vätgas, vilket skulle underlätta övergången till ett koldioxidfritt energisystem. Men vätgas har fundamentalt annorlunda fysiska och kemiska egenskaper jämfört med naturgas, vilket skapar betydande utmaningar för säkerheten, energitillförseln, klimatpåverkan och kostnaderna.
Befintliga gasledningar olämpliga för vätgas utan omfattande ombyggnad
Studien konstaterar att alla delar av gasvärdekedjan, från produktion och långväga transport till lagring och slutanvändning, står inför utmaningar när det gäller att anpassas för vätgas. Även om vätgasblandningar kan mildra vissa problem, erbjuder de bara en liten minskning av växthusgasutsläppen på grund av vätgasens låga energitäthet. En övergång till ren vätgas skulle kräva betydande ombyggnader och ersättningar i infrastrukturen.
- Även om tekniska och ekonomiska hinder övervinns kvarstår allvarliga säkerhets- och miljörisker, varnar studien.
Infrastrukturens begränsningar och säkerhetsrisker
En av de största utmaningarna med att använda vätgas i nuvarande gasledningar är vätgasens tendens att orsaka snabbare sprickbildning och korrosion i stålrör, vilket ökar risken för läckage och explosioner. Detta beror på vätgasens mycket mindre molekylstorlek och högre reaktivitet jämfört med metan, den huvudsakliga komponenten i naturgas. Dessutom har vätgas en bredare explosionsgräns och en högre flamhastighet, vilket gör den mer brandfarlig och svårare att hantera.
För att kunna använda den befintliga gasinfrastrukturen för vätgas skulle rörledningarnas designtryck ofta behöva sänkas, vilket skulle minska energibärningskapaciteten avsevärt. Dessutom skulle omfattande ombyggnader krävas för att säkerställa säkerheten, vilket skulle innebära stora investeringar.
- Att blanda vätgas med naturgas under en viss gräns kan minska riskerna, men det begränsar också potentialen för att minska koldioxidutsläppen, påpekar studien.
Lagring och slutanvändning kräver ny teknik
När det gäller lagring och distribution av vätgas visar studien att det skulle behövas nya lagringssystem eller omfattande modifieringar av befintliga. Vätgasens lägre energitäthet innebär att mer utrymme eller högre tryck skulle behövas för att lagra samma mängd energi som naturgas.
Slutanvändning av vätgas i apparater och utrustning som är utformade för naturgas kräver också betydande ombyggnader. Vätgasens tendens att lättare läcka och dess högre explosionsrisk innebär att många av dagens naturgasdrivna apparater inte är säkra att använda med ren vätgas utan omfattande modifieringar.
De fysiska och kemiska skillnaderna mellan vätgas och naturgas kräver förändringar i designen av brännare och hanteringssystem för att uppnå samma säkerhetsnivå, säger rapporten.
Sammanfattning och slutsatser
Även om vätgas framställs som ett attraktivt verktyg för att minska koldioxidutsläppen genom att återanvända befintlig gasinfrastruktur, visar studien att det finns stora olösta utmaningar. De stora skillnaderna i vätgasens fysiska och kemiska egenskaper jämfört med metan har betydande konsekvenser för hela gasvärdekedjan, från produktion till slutanvändning. Den befintliga infrastrukturen är i stort sett oanvändbar utan att antingen sänka trycket eller göra omfattande investeringar, vilket ofta bygger på oprövade lösningar.
Även om det är möjligt att blanda vätgas med naturgas för att minska vissa risker, erbjuder detta bara en begränsad minskning av växthusgasutsläppen och innebär fortfarande säkerhets- och klimatrisker. Samtidigt är det inte hållbart att fortsätta förlita sig på naturgas för att hantera klimatkrisen.
I slutändan visar studien att vätgas, med sina unika egenskaper, kanske inte är det mest effektiva verktyget för att minska koldioxidutsläppen i bostäder och byggnader. Det är viktigt att överväga om en bränslebaserad lösning verkligen behövs och att jämföra den med andra potentiellt mer effektiva alternativ, som direkt elektrifiering med förnybar energi.
Källor: Hydrogen Insight & Energy Science and Engineering
4o