Den 4 februari 1923 föreslog en engelsk vetenskapsman, John Haldane vid University of Cambridge, att väte var lösningen på den kommande bristen på kol. Han hade redan då förslag på att, med hjälp av elektricitet genererad av vindturbiner, producera väte genom elektrolys. Haldane formulerade sitt förslag [Ref 1] ungefär så här (översatt från engelska):
’Personligen anser jag att om fyrahundra år kommer energifrågan i England att ha lösts på följande sätt: Landet kommer att vara täckt med metalliska vindsnurror försedda med elektriska motorer vilka i sin tur kommer att generera ström med mycket hög spänning till stora elektriska stamledningar. På lämpliga avstånd, kommer det att finnas stora kraftstationer där man, under blåsiga förhållanden, kommer att använda överskottsenergin för att genom elektrolytisk sönderdelning av vatten framställa syre och väte. Dessa gaser kommer att transformeras till flytande form och lagras i stora reservoarer, förmodligen i underjorden. […] Under tider av vindstilla, kommer gaserna att nyttjas till att driva explosionsmotorer uppkopplade som dynamos och åter producera elektrisk energi, eller ännu troligare via bränsleceller. […]’ Texten skulle förmodligen, idag hundra år senare, kunna passera flera kommittéer i Bryssel, utan att behöva revideras överhuvudtaget om man bara tog bort det anstötliga ordet ”England” och tidsperspektivet i den inledande meningen.
I samband med oljekrisen på 1970-talet fick världen anledning att fundera på hur energifrågan skulle kunna lösas utan olja. Ett stort antal forskningsprojekt bekostades av Europeiska Kommissionen. Väte skulle komma att bli så tillgängligt att allt skulle kunna drivas med denna energikälla. Till och med skulle bilarna kunna tankas hemma med väte. Den stora volymen skulle göra det praktiskt att distribuera vätet i underjordiska rörledningar i tätbebyggda områden på samma sätt som naturgas distribueras. Kort sagt, Europeiska Kommissionen sade 1983 precis som idag: Vi kommer att klara oss helt utan fossila bränslen. Vätedrömmen tynade bort på 1980-talet i och med att oljepriserna föll. Helt dog emellertid inte drömmen. Ett samarbete mellan Europa och Kanada startade i december 1988 angående produktion av väte i Kanada och transport med fartyg över Atlanten till Europa. Transport av väte är inte okomplicerad, som vi återkommer till. I en rapport 1990 sammanfattade man:”assuming that hydrogen is not taxed – and there are indications that it is – its cost would be about the same as that of fossile fuels”. Studierna har inte fortsatt bortom möjlighetsstudier (feasibility studies). Ett skämt i industrin är att ”vätet är framtidens bränsle – och det kommer det att förbli”
I Sverige har det på senare tid annonserats två stora projekt för fossilfri tillverkning av stål eller järnsvamp: Hybrit, ett samarbete mellan LKAB, SSAB och Vattenfall och ett nystartat företag H2 Green Steel, H2GS, som ska bygga ett nytt stålverk i Boden med produktionsstart 2024. Båda bygger på att använda fossilfritt tillverkat väte som reduktionsmedel i stället för kol. Elektriciteten till vätetillverkningen ska i båda fallen komma från vindkraft. Dessutom har Scania annonserat att de kommer att utveckla en ny motor för vätgasdrift. Man ställer sig frågan om detta är rimligt med tanke på att vätedrömmen har existerat i hundra år och ständigt fått överges i realiteten. Varför gör man ännu ett försök? Vad är det som har ändrats, kemin, ingenjörstekniken, ekonomin eller politiken? Vi har naturligtvis inte tillgång till aktörernas affärsplaner så att vi kan läsa in oss på dem, men vi kan sätta oss in i kemin och tekniken och kanske också försöka förstå ekonomin och politiken. Till vår hjälp och vägledning för detta har vi Samuel Furfaris bok ”The hydrogen illusion” [Ref 2]. Alla fakta i denna text har vi hämtat från Furfaris bok om inget annat anges. Furfari fick sin examen som kemiingenjör 1979, då oljekrisen var högaktuell. Han disputerade på tekniker för att konvertera kol till petroleum-produkter. Han blev senare tjänsteman på Europeiska Kommissionen på direktoratet för energi med ansvar för konvertering av kol och har arbetat mycket med miljöfrågor i anslutning till kolanvändning. Furfari ansvarade därefter inom EU för införande av förnybara energikällor, energisparande, energieffektivitet, energistyrning och miljöfrågor. Furfari har också arbetat 17 år som professor inom området energi-geopolitik. Furfari har således stor erfarenhet av såväl vetenskapen som det politiska spelet inom Europa i energifrågan. Han uttrycker viss frustration därvidlag och påpekar att det inte alltid är lätt att som tjänsteman få gehör för fakta i en miljö där Rousseaus ord [Ref 3] ”Let’s start by dismissing all facts” genomsyrar hela det postmodernistiska samhället.
Men låt oss börja från början:
Ref (8)
Väte bildades vid universums skapelse ”the Big Bang” och blev den byggsten som bildade Universum. Vätet utgör fortfarande cirka 75 % av universums totala massa. Vätet är första elementet i det periodiska systemet och består av en atomkärna (proton) och endast en elektron. Det är därmed det lättaste elementet i det periodiska systemet, 640 gånger lättare än luft. I fri form binds två väteatomer samman i kovalent bindning och det vi vanligtvis kallar väte är egentligen de två atomerna med kemisk beteckning H2. Eftersom vätet är så lätt, diffunderar (egentligen effusion) det lätt ut från sin behållare, och ställer därför extremt höga krav på inneslutningens täthet och kvalitet. Väte kan till och med diffundera ut genom rör som inte har några sprickor. Detta kommer förstås att avsevärt fördyra hanteringen av väte jämfört med andra gaser. Väte har mycket hög energitäthet (1 kg väte innehåller lika mycket energi som 3,3 kg olja), men volymtätheten är mycket låg (en liter väte innehåller lika mycket energi som 0,16 liter olja). För att kunna använda vätet, transporteras och lagras det i komprimerad eller flytande form. För att lagra det i flytande form måste temperaturen sänkas till under -252,7 °C. För att lagra det i komprimerad form måste det förvaras i tryckkärl under högt tryck (200 till 700 bar; 1 bar motsvarar ungefär lufttrycket vid havsytan). Speciella behållare måste användas. Denna hantering kräver inte bara energi till den höga kompressionsgraden, utan även tunga och dyra kärl eftersom det krävs mycket tjocka väggar. En behållare för 40 kubikmeter vätgas väger cirka 200 kg vilket ger energi motsvarande 13 liter bensin. Säkerhetsproblemen i kombination med den höga reaktiviteten och dess höga energiinnehåll och dess flyktighet, kräver ständig uppmärksamhet, speciellt i bebyggda områden. Väte bör bara hanteras av utbildad personal. Som exempel på faror med vätedistribution i samhället kan nämnas att en tankstation för väte i Sandvika, Norge exploderade den 10 juni 2019 och två personer blev skadade. Väte reagerar mycket lätt med andra ämnen. Det innebär att den, trots dess ymnighet, nästan inte alls finns i fri form på jorden. Detta innebär att man, i praktiken, inte kan räkna med att finna vätefyndigheter på samma sätt som till exempel naturgas. Om man ska använda väte som energikälla måste alltså vätet framställas på kemisk väg från annat råmaterial. Denna process måste räknas in när man gör beräkningar av kostnader och verkningsgrader. Vi säger därför att vätet inte är en primär energikälla; Den måste produceras från någon annan energikälla. På engelska talar man om den som en ”energy vector” eftersom den förmedlar energin från en annan källa. Vi återkommer till denna fråga, genom att med enkla beräkningar visa att processen att producera väte från någon energikälla för att i ett senare steg använda energin, sällan är rimligt varken energimässigt (och därmed ekonomiskt) eller miljömässigt.
I stålindustrin måste man reducera den järnoxid som finns i järnmalmen. (Reduktion i kemisk bemärkelse innebär att det reagerande ämnet avger en elektron; Den motsatta processen är oxidation) Ursprungligen användes kolmonoxid, CO, som reduktionsmedel. Senare har emellertid koks övertagit rollen som dominerande reduktionsmedel i stålindustrin.
Det är viktigt att förstå att väte är ett effektivt reduktionsmedel, det vill säga att vätet avger elektroner till den andra reaktanten i en kemisk process. För reduktion av järnoxid med väte kan vi skriva de kemiska (del)reaktionerna:
𝐹𝑒2++2𝑒− →𝐹𝑒
𝐻2→2𝐻+ +2𝑒−
———————–
𝐹𝑒2++𝐻2→𝐹𝑒+2𝐻+
Eller i praktiken:
𝐹𝑒𝑂+𝐻2→𝐹𝑒+𝐻2𝑂
Vätets möjliga användning i stålprocesserna har studerats sedan åtminstone 1969 [5, 6].
Vi har redan nämnt att väte nästan inte finns i fri form på jorden, utan måste produceras genom kemiska processer. Därför ställer vi oss frågan: Hur producerar man väte industriellt? Cirka 85 % utgår från naturgas (kostnad cirka € 0,85/kg vätgas, benämns vit vätgas), 7 % från olja (€ 1,1/kg, grå vätgas), 4 % från kol (€ 1,1/kg, grå vätgas och cirka 4 % av vätgasen görs genom hydrolys av vatten (€ 2,3/kg, grön vätgas).
Ett av skälen till dess dominans är att naturgas (metan) innehåller den högsta atomförhållandet kol/väte av aktuella utgångsmaterial. Processen ’steam methane reforming’, SMR, d.v.s. reduktion av naturgas görs vid höga temperaturer med en nickel-baserad katalysator i en process som är starkt endotermisk. En endotermisk reaktion är en kemisk reaktion vid vilken värme måste tillföras. Motsatsen är en exotermisk reaktion vilken avger värme. Processen beskrivs kemiskt i tvåstegsprocessen:
𝐶𝐻4+𝐻2𝑂→𝐶𝑂+3𝐻2
𝐶𝑂+𝐻2𝑂→𝐶𝑂2+𝐻2
————————–
𝐶𝐻4+2𝐻2𝑂→𝐶𝑂2+4𝐻2
Som vanligt i kolväteprocesser får vi koldioxid, CO2 som en (icke önskad) biprodukt.
Elektrolys av vatten är den enda industriellt använda metoden för framställning av väte utan att få koldioxid som biprodukt. Nackdelen är den höga åtgången av elektricitet och därmed den höga kostnaden. Redan i 1921 års bok för industriell kemi kunde man läsa [4]: ”The efficiency of electrolysis apparatus reaches 90 – 95 % of the theory: hydrogen is nearly pure (1% oxygen), but the very high cost price of the installations and electricity makes that it is only remunerate for oxygen production” ett uttalande som är lika sant idag som för hundra år sedan. Processen är så pass enkel att man ibland demonstrerar den på kemilektionerna i skolan där man får sig demonstrerat att man med en ström genom vatten kan dissociera vatten i syre och väte. Demonstrationen avslutas med en liten explosion av det väte som har producerats.
2𝐻2𝑂→2𝐻2+𝑂2
Två elektroder doppas ner i vatten och separeras med ett poröst membran. Väte produceras vid katoden och syre vid anoden. Processens verkningsgrad ligger mellan 60 och 70 %. Det är emellertid en trög process som kräver stabilitet och är därmed illa lämpad för de snabba fluktuationer som utmärker vindkraft eller solceller som kraftkälla. Detta är ändå den metod som har föreslagits för produktion av det väte som är tänkt att användas till produktion av fossilfritt stål. Vi återkommer till detta i del 2.
Innan vi lämnar diskussionen om produktionsprocesser för väte, vill vi nämna att forskning om möjligheten att använda kärnkraft för produktion av väte har pågått sedan 1970-talet, och skulle, i en framtid, kunna nå industriell mognad. Furfari [2] sammanfattar läget som följer (översatt från engelska): Nuvarande status är på teorinivån; Ingen kommersiell metod har kommit fram. Dissociation av vatten i väte och syre kräver höga temperaturer som enbart kan nås med vissa typer av kärnreaktorer som idag inte finns tillgängliga kommersiellt. Potentiell utveckling av nya nukleära teknologier skulle kunna erbjuda intressanta lösningar, men se upp, nya har presenterats tidigare. SMR:s vid höga temperaturer skulle kunna möjliggöra hetvattenselektrolys, men detta ska inte tas till intäkt för att driva nuvarande EU-strategi för väte. Det återstår att se, och kommer att kräva tid, och är inte kompatibelt med de löften som ges inom EU:s ’green deal’
I del två av detta inlägg kommer vi att kommentera de svenska projekten för tillverkning av fossilfritt stål mer specifikt, och i del 3 kommer vi att diskutera mobila applikationer.
Gunnar Holmgren och Kurt Wahlstedt
Referenser
[1] https://www.historyofinformation.com/detail.php?entryid=4107
[2] Samuel Furfari: ”The hydrogen illusion”, Independently published 2020
[3] Rousseau “Discours on the origin of inégalité”
[4] Paul Baud, Chimie Industrielle, Masson, Paris 1922
[5] A. Antonioli, La riduzione diretta e l’energia nucleare, La Metallurgia Italiana, No. 1 1971, p. 12
[6] IEA, The future of Hydrogen, June 2019, https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen
[7] https://klimatupplysningen.se/globala-co2-utslapp-paris-15-och-vart-regionala-korstag-mot-gw/
(8) Klimatsans https://klimatsans.com/2021/05/01/vettlosa-drommar-om-vate/
Uppdaterad 13/5
Uppfriskande att få en lite djupare insikt i hur verkligheten bakom de gröna drömmarna om vätgassamhället ser ut.
Tyvärr är vår skattefinansierade media i dag helt befriat från faktabaserad rapportering och politikerna som vanligt helt verklighetsfrämmande.
Jag gillar framförallt ovan referens till en av 1700-talets och upplysningstidens främste tänkare, Rousseau – ”Let’s start by dismissing all facts” – vilket då bland annat beskrev religionens inflytande i samhällsdebatten och som fortfarande känns som en högaktuell beskrivning av hur dagens samhällsrapportering ter sig.
Reflektionsmässigt infinner sig frågan;
Hur kan det komma sig att de som driver frågan om ett ”vätgasdrivet” samhälle, INTE har lyckats ta till sig de faktiska förutsättningarna för att hantera vätgas?
Den här artikeln kommer att sparas på papper för att använda som pedagogiskt materiel.
Tack för en alldeles utmärkt redogörelse. Jag ser fram mot fortsättningen.
Ni skriver, ”kostnad cirka € 0,85/ton vätgas …”. Här är jag helt okunnig, men min känsla och erfarenhet reagerar. Det kan inte vara sannt. Vad ingår i kostnaden och vad utelämnas?
Människan, den moderna, behöver stora mängder energi, för att kunna leva sina liv.
Jag tror att behovet av järn/stål kommer att minska, i takt med att lätta konstruktioner med kolfiber ökar. Det betyder att vi borde se ett minskat behov av att bryta järnmalm, och kunna återsmälta de gamla järn/stål-konstruktioner som byggts i flera 100 år i större utsträckning.
Att då satsa på ny anrikningsteknik för en gradvis avtagande produkt, med den just nu populära CO2 doktrinen, blir mer än dubbelfel för mig ( trots att jag är Bergsingenjör!!!).
Vi människor måste ägna oss åt riktig ”hållbarhet”, omtanke om vår biologiska miljö, i nuläget är kärnenergi det vi kan utnyttja, allt bättre, då faller alla omvägar med stora verkningsgradsförluster ( och svåra lagringsproblem) helt, för mig. ”Mellanlagringsenergi” via vätgas, från elektrolys, är lika med hål i huvudet på alla punkter….
Tack för en bra lektion-ser fram emot fortsättningen!
Fö vill MP inom EU slopa gasen inom taxonomin-idag på SVD debatt.
Stackars Tyskar!
Att det krävs energi att gå från naturgas till vätgas och att det ger utsläpp av CO2 -då är naturgasen ingen bra ersättning för kol?
Tack Gunnar och Kurt för en mycket gedigen analys. Ser med spänning fram emot del 2 och 3. Och kom ihåg, alla stolleprov med vätgas drivs ytterst av den ensidiga jakten på fossilt CO2, alla stolleprovs moder! Verkligheten är nu på väg att falsifiera klimatreligionen som baseras på CO2-jakt.
Idiotin i Sverige är ju fullfjädrad. 3 tusendels grad till år 2100 om vi för ett kort ögonblick tror på IPCC:s falsifierade hypotes. Samma antal tiotusendelar om de ytterst riskfyllda projekten med vätgasstål lyckas till 100%, Och ändå mindre uppbackat av verkligheten och det är väl den som gäller??
#4 Enough. Ja så är det för mig också.
Hälften av det stål som nu produceras kommer från skrot har jag läst någonstans. Det produceras nu mycket skrot i Ukraina så tills vidare är det ingen bristvara.
När det på känslor grundade koldioxidhatet klingat av kommer vi att börja fundera på vilken koldioxidhalt som är bäst för människor och hela planeten. Jag tror att omkring 800 ppm vore bäst men vi kommer aldrig över ca 600 ppm hur mycket vi än försöker.
Det finns ju också en utmärkt sammanställning av John Constable. I grunden bygger det på att i England finns (fanns?) planer på att ersätta all naturgas som de har i sina ledningar mot hushåll och företag med vätgas (100 %).
Idén (om man nu ens ska kalla ett så dåligt förslag för en idé) var att man skulle till 80 % göra vätgas av naturgas och sedan använda koldioxidinsamling i processen och till 20 % göra vätgas via elektrolys (som fick sin el från vindsnurror).
Inte bara att det skulle kosta enorma summor pengar, en stor del av den ursprungliga energin skulle gå förlorad i transformeringen, säkerhetsaspekterna var omfattande etc.
Läs gärna också historiebeskrivningen varför England gick från stadsgas (som innehåller cirka 50 % vätgas, som i sin tur extraherades från kol, med stora miljökonsekvenser) i ett lågtrycksystem till nuvarande naturgassystem och vilka stora fördelar det har.
Slutligen, ska man göra vätgas ska man göra det via högtemperaturkärnreaktorer, något som Japan fortfarande arbetar med, även om framstegen inte varit så stora ännu.
https://www.thegwpf.org/content/uploads/2020/06/Hydrogen-Fuel.pdf
#5 Lasse. Kol, olja och naturgas behövs till långsiktigt bättre saker än att eldas upp. Jag anser också att det skall tas bort ur taxonomin.
Att C nu svängt och kan tänka sig kärnkraft trodde jag inte att jag skulle få uppleva i min livstid (jag har några år kvar tror jag).
Mp är ju som vanligt emot allt som är bra och de tycks av SvD-artikeln ej ha ändrat sig.
#3 Lars Cornell
Helt uppenbart att priserna inte stämmer. Det är snarare kostnaden per kg som anges. Källan är en tabell i Furfaris bok som anger ”€ 0.85/t H2”. Vi har utan eftertanke översatt ”t” med ton. Avsikten var egentligen att jämföra kostnaden för grön väte mot vit väte. Vi ska försöka reda ut detta under dagen. Kanske någon annan också kan klargöra detta?
Fantastiskt matnyttigt! Dock tror jag det smugit in sig en förarglig nolla för mycket i volymen här
”En behållare för 400 kubikmeter vätgas väger cirka 200 kg”.
Tror det är rätt (40m3) under bilden. Fast även det verkar mycket.
Jag är också inne på att bildtexten inte stämmer (den under gasflaskorna).
Vätgas har volymen cirka 11 kubikmeter för ett kilo. Som framgår av texten ska behållaren innehålla 50 liter, vilket bör stämma då volymen baserat på ytterdimensionerna blir cirka 67 liter och resten borde rimligtvis vara godset.
Om den vidare kan innehålla gas under 200 atmosfärers tryck och den då väger 200 kilo, med en tomvikt om 65 kilo bör den rimligtvis rymma 200 – 65 = 135 kilo vätgas vilket har ett energivärde om
135 * 33 = 4 455 kWh eller cirka 450 liter bensin (bensin har energivärdet cirka 10 kWh per liter).
Eller har jag missförstått något?
Det är alltså något som inte stämmer med texten.
OT
Fick just ett utskick från Riksantikvarieämbetet: ”Aktivism ska göra museer mer engagerade i klimatfrågan
Inspirerade av Greta Thunberg och med aktivism som metod vill den unga, internationella rörelsen Museums For Future få museer att ta ett tydligare klimatansvar.
– Vi vill att våra aktioner ska bli pusselbitar i museernas hållbarhetsarbete, säger museologen Matilda Eriksson, första svensk i Museums For Future.”
Rent generellt, jag har inte satt mig in i dom aktuella exemplen, så är energidebatten ett träsk med omvandlingar mellan metric och imperial och till råga på allt befolkad av människor som fortfarande efter decennier av debatt inte ens kan skilja på effekt och energi och än mindre kan göra en vettig överslagsberäkning innan dom går ut och larmar. Det måste ses som ett rent under att man t.o.m. i USA använder watt- joule som grund för elektrisk energi och effekt och stor heder till BP som i sina senaste årssammanställningar gått ifrån oljeekvivalenter. Från min barndom kommer jag ihåg att vi hade fri kraft från Vattenfall som en del av kompensationen för fallhöjdsrätten och det var i hästkrafter. Vad en pundfot är kan jag härleda mig fram till men ett pundhuvud känner jag igen direkt. Men vi ska inte misströsta, det var röran med måttenheter, valutor och det romerska talsystemet som fick Fibonacci, som han egentligen inte hette, att skriva Liber Abaci för över 800 år sen en revolution för handelsberäkningar på sin tid.
https://en.wikipedia.org/wiki/Liber_Abaci
#3 Cornell och #10 Holmgren
Efter att ha googlat finner vi att IEA uppskattar kostnaderna som följer:
According to the International Energy Agency (IEA) at global level, the current cost of producing H₂ from fossil fuels (mainly methane) is from about €1/kg to €2.7/kg depending on local costs and on the possible capture of the CO2 produced. The cost of green hydrogen from electrolysis at the production site is estimated from 3 to €7.5/kg depending on local costs of electricity from RES and related equivalent hours per year. Green hydrogen at the mouth of the electrolyser would cost about 3 times as much as black/grey or blue hydrogen and 7–17 times as much as methane on the EU energy stock exchange, equal to €13/MWh in 2020 (without carbon tax).
Det vill säga att de kostnader som vi angivit snarast är kilopriser. (Det verkar som det har blivit något misstag med enheterna)
Tack för en alldeles utmärkt redogörelse. Jag ser fram mot fortsättningen.
Tack för den grundläggande djupdykningen.
Instämmer med föregående kommentator – ser verkligen fram mot fortsättningen.
Detta är ett bra inlägg och jag ser fram emot fortsättningen. Det är sådant som gör denna blogg läsvärd.
Jag känner Furfari och har läst hans bok- Jag kan bara hoppas att åtminstone rådgivare till regeringsföreträdare läser boken och tillika lämpliga generaldirektörer och dess rådgivare- Boken borde passa som bredvidläsning för studenter samt för alla de som gillar att yttra sig i klimatdebatten.
Kunskap kostar inget och läskunniga utgår jag från att majoriteten är. Om den kognitiva förmågan räcker till vill jag inte uttala mig om. Låt oss hoppas att så är fallet.
Vem köper detta stål, det verkar bli mycket dyrt.
Intressant info! Vi får se vad fortsättningen innehåller, men tillsammans kanske dessa inlägg kan bidra till mer förståelse av vad vätgas är i förhållande till annan energiproduktion. De som vurmar för vätgasen har inte ännu insett eller förstått att det finns fler nackdelar än fördelar i hela kedjan från framställning till användning. Egentligen är det att gå över ån efter vatten när man betänker att det finns betydligt mer potentiella energibärare, vilka också är säkrare vid produktionen, än vätgasen. Kärntekniken med moderniserad teknik kring fissionsreaktorer, finns idag bara en liten riskfaktor vid reaktorn. Resten i distributionskedjan är ren el fram till förbrukarna. Vätgasen är farlig i hela kedjan och krånglig att hantera.
I bildtexten nämns syrgas som exempel men det är ju vätgas vi talar om.
Den här är ganska informativ https://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recordOId=8907926&fileOId=8908328
På sidan 18 ges ett exempel med 200bar och 700000m3 kan lagra 6Mkg väte. Jag får då 8.6kg/m3 vid 200bar.
På sidan 19 redovisas några exempel på befintliga djuplager också med siffror <= 8-9kg/m3 beroende på trycket.
Man kan också räkna slarvigt (1/11)*200 = 18.2kg/m3 för en grov uppskattning.
Om vi tar den grova optimistiska uppskattningen blir det alltså 18,2/(1000/50)*3.3 = 3 liter oljeekvivalenter. Fyrdubblar vi trycket till 800bar får vi 12 liter.
Min tolkning är att uträkningarna är riktiga utifrån energiinnehåll men vill hävda att flaskan väger ca 70 kilo vid 800bar om den är fylld med vätgas.
Dubbelkolla gärna om jag räknat fel. Sådana här uppskattningar är bra att ha för hand vid diskussioner, men de bör ju vara riktiga. 😎
#20 Mats
Det verkar rimligt med dina uträkningar. Jag räknade från andra hållet och kom fram till resultat som jag inte såg som rimliga.
För information, jag kollade på Mirai. Där gavs följande information: Tre tankar som sammanlagt tankar 5,6 kilo vätgas och där respektive tank är på 29 liter och tar 1,8 kilo vätgas. Se bild på hur tankarna ligger som är gjorda i kompositmaterial (som i sig säkert har en del CO2 utsläpp!). Ser ganska mycket ut som tankarna på bilden förresten.
https://toyota.scene7.com/is/image/toyota/MIR_MY21_0006_V001?wid=1296&fmt=jpg&fit=crop&qlt=90
#7 Lars C
Ja, järn/stål cirkuleras på ett bra sätt, nytt ferrum borde inte ligga i fokus för resursfrågor och oro för ”klimatet”, var min ide.
Kanske kommer även diskussionerna om atmosfärens CO2 halt att få mer rimliga proportioner, och ffa. att människan inser att den påverkar klimatet i liten grad och har i det närmaste noll möjligheter att ”styra” det!!! Hur ska det vara möjligt med ett bidrag på 4% i förhållande till omsättningen?
När, inte om, den idiotiska CO2 doktrinen faller, kan vi fortsätta utveckla livet på jorden, förhoppningsvis utan för mycket krig och förstörelse av den biologiska mångfalden, som utvecklas i takt med tiden…..
” Det är emellertid en trög process som kräver stabilitet och är därmed illa lämpad för de snabba fluktuationer som utmärker vindkraft eller solceller som kraftkälla.”
De vätgasprojekt jag sett i Europa utgår från PEM-elektrolysörer. De är mycket snabba och kan förändra sin effekt med ca 10% per sekund.
Med det kanske kommer i del 2?
Med risk att gå ifrån det viktiga i detta inlägg ifrågasätta hur orden reduktion och oxidation används i kemin. Jag inbillar mig att oxidation från början var att förenas med syre — ofta i samband med förbränning. Det tolkades som att om exempelvis kol oxideras C + O2 till CO2 så tar syret de fyra elektronerna ifrån kolet. Kolet avger alltså 4 elektroner vid oxidationen.
Jag trodde därför att oxidation var avgivande av elektorner, reduktion mottagande av elektroner.
När det gäller reduktion av järnoxid är ju slutresultatet att järnet tillförts två elektroner.
(Alla formler i texten är ju korrekta, det är bara orden jag vänder mig emot.)
Om volymer av gas. 1 mol ideal gas vid normalt tryck och temperatur lär ha en volym av 22,4 liter. Vid 200 bar och normal temperatur (298 K ?) har 200 mol en volym av 22,4 liter. 1 mol H2 väger 2,16 gram, så att 432 gram vid 200 bar har en volym av 22,4 liter. 1 kg 200 bar har en volym av drygt 50 liter.
Men som Matz Hedman skriver — rätta mig gärna
#26 Sten
Elegant.
#24
Den största PEM anläggningen med 20 MW finns just nu i Kanada och drivs av ren, göttig vattenkraft.
I år skall tyskarna göra en 24 MW och en 100 MW inom kort för ståljätten ThyssenKrupp. Om dessa skall drivas med vind, vet ej men skulle inte förvåna mig ifall de kopplade upp sig på nätet i stället för egna snurror.
Tack Gunnar och Kurt.
Vätgaselektrolys var väl utvecklad redan under 1800 talet. Som anod användes platinanät med 10% iridium.
All vätgas till väderballonger, lab, små svetsar mm gjordes av bärbara elektrolysörer. Jag hade en själv, stort som ett bilbatteri med nickelelektroder i, men har tappat bort den på vägen, förmodligen från 30-50 talet.
Så länge man behövde en skvätt vätgas på en båt någon stans så spelade naturligtvis inte kostnaden någon roll.
PEM celler saknar all förankring i verkligheten. Enbart SSAB behöver 9-10 GW vilket är 6 ton Iridium av de 4-5 ton i årlig världsproduktion.
”Eftersom vätet är så lätt, diffunderar (egentligen effusion) det lätt ut från sin behållare”
Det är inte för att väte är lätt som det är svårt att hålla inneslutet, utan för att atomerna och molekylerna är så små, vilket i sin tur beror på att en väteatom bara har en enda elektron i det innersta ”elektronskalet”. Det enda ämne som är ännu svårare att hålla inneslutet är helium.
#4
”Jag tror att behovet av järn/stål kommer att minska, i takt med att lätta konstruktioner med kolfiber ökar. ”
Kolfiberkompositer kommer aldrig att ersätta stål i nämnvärd omfattning. De är lättare i förhållande till styrkan, ja, men det är också nästan den enda punkt som de är överlägsna på (en sak till dock, de rostar inte).
När det gäller kostnad, energiåtgång, formbarhet och reparerbarhet är stål våldsamt överlägset. Dessutom kan kolfiberkompositer brinna och röken är farlig. Och det är i praktiken omöjligt att återvinna, i motsats till stål.
#7
”Hälften av det stål som nu produceras kommer från skrot har jag läst någonstans. ”
Det varierar kraftigt. Nya industriländer som Kina och Indien behöver stora mängder ”jungfruligt” stål, medan ett land som Sverige där det ofta gäller att förnya befintlig infrastruktur producerar mera skrot. Sedan är det också en kvalitetsfråga, för högkvalitativt stål där man måste ha exakt kontroll på sammansättningen kan det vara problematiskt att använda skrot. De sämsta skrotkvaliteterna brukar därför gå till t ex armeringsjärn där det inte är så noga med sammansättningen (och armeringsjärn är ju verkligen inte lätt att återvinna en gång till).
För en metall som bly har jag sett siffror på att upp till 85% återvinns, men järn kommer nog aldrig så högt.
Man skall ha klart för sig att järn och aluminium aldrig kan ta slut, de finns i praktiken i obegränsade mängder i naturen. Det finns så mycket att vi, i motsats till andra metaller, inte bryr oss om att bryta annat än nästan helt ren järnoxid och aluminiumoxid.
tty #22,
Sant att skrot inte kan ersätta järnmalm rakt av. Men det har alltid funnits, och finns, en lönsam marknad för järnskrot. Ukraina kommer att bli en stor leverantör av järnskrot efter kriget. Skrotet behövs!
#Holmgren/Wahlstedt
Det skrivs i artikeln och i trådens kommentarer om lagring av vätgas under några hundra bars tryck i SMÅ stålbehållare.
Ska vi ha buffertlager värda namnet för storförbrukare typ Hybrit måste lagertankarna vara typ hundra ggr större per styck.
Att tillverka sådana i tjockväggigt stål verkar på mig helt orealistiskt.
Hybrit-projektet driver därför sitt pilotförsök för att se om LRC-tekniken fungerar för vätgas i skalan 100 m3 tank. LRC betyder lined rock cavern för den som händelsevis inte vet, det har diskuterats här på bloggen tidigare.
Har ni för avsikt granska försöket närmare i kommande avsnitt?
Det låter enkelt i många lekmäns öron, ”man mellanlagrar energin som vätgas”.
Historien har lärt oss att djävulen ofta gömmer sig bland detaljerna!
#32 tty
SSAB skryter ju vitt och brett om fossilfritt stål och det handlar då inte enbart om vätgasstål via Hybrit.
SSAB i Oxelösund satsar på att gå från koksverk och masugn till elektrisk ljusbågsugn. Detta bygger helt på övergång till en skrotbaserad tillverkningsprocess, vilket ska ge mycket lägre utsläpp av koldioxid och en modernare anläggning med större flexibilitet. Men klimatpåverkan blir som vi vet bara någon tiotusendels grad mindre om vi för ett ögonblick tror på IPCC. Inte mätbart, det kan med god approximation sättas till noll men kostar oss skattebetalare miljardbelopp. Den nya processen kräver nämligen tillgång till stora nya mängder av stabil och säker förnybar el och den tillgången finns ju inte. Den är imaginär. Farmanbar får anstränga sig till de yttersta för att leverera! Han säger: ”Fårmanbara trolla lite med knäna så ordnar det sig!”
Utmärkt sammanfattning!
Ingemar #33
Vad jag förstår så är krig ett väldigt dyrt och inhumant sätt att tillverka skrot på.
Så vi får väl hoppas att det inte tillämpas. Skulle det bli lönsamt så ligger mänskligheten pyrt till.
Å andra sidan finns det ju ingen mänsklighet kvar då som behöver skrot .
Produktionskostnaden för fossilfri vätgas är idag nästintill dubbelt så hög som för fossil vätgas: ca 40–50 kr per kg jämfört med 10–20 kr per kg.
http://trafikverket.diva-portal.org/smash/get/diva2:1590935/FULLTEXT01.pdf
Hans H 34: Här finns mer om det.
http://members.igu.org/html/wgc2003/WGC_pdffiles/10167_1045823542_13005_1.pdf
”General layout of Pilot Plant cavern. – Steel lining (6 mm) – Concrete lining (0.6 m), 7. Rock mass.”
För den stora tanken på 100 kbm 300 bar planerar man 12-15 mm stålplåt.
De riktigt stora krafterna skall tas upp av berggrund och betonginfogning och stålet är mer som en tätning har man tänkt.
Här finns mer i ämnesområdet,
http://www.tjust.com/2021/vvik-plan-20210418.pdf
Här finns transportkostnaderna beräknade. Det skulle behöva investeras ca 4 miljarder i fordon för Hybrit vätgastransport [sid 30]
https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1568619/FULLTEXT01.pdf
Transportstyrelsen har beräknat att det skulle behövas en lastbilsflotta 7 gånger så stor om bränslet är väte i förhållande till diesel.
#34
LRC-förvaring av vätgas under högt tryck kommer att ställa höga krav på stålkvaliteten och svetsningen av tanken om man inte skall få problem med väteförsprödning. Jag förstår mycket väl att LKAB vill testa i liten skala först.
#37
”Transportstyrelsen har beräknat att det skulle behövas en lastbilsflotta 7 gånger så stor om bränslet är väte i förhållande till diesel.”
Förhållandena är liknande på flygsidan. Det är inga problem att driva jetmotorer på vätgas. Problemet är den låga volymenergitätheten även för flytande väte (högtryckstankar är givetvis helt otänkbara av viktskäl). Vätedrivna flygplan med interkontinental räckvidd skulle bli så stora att inte kan operera från något existerande flygfält, nya banor och terminaler måste byggas överallt.
När det gäller energi så är kostnaden en central fråga.
En gång i tiden (typ 30 år sen) så var sossarnas mantra att Sverige skulle ha billig energi, vilket bildade basen för en framgångsrik industri och ett välfärdssamhälle.
Billig energi var nyckeln till ett framgångsrikt samhälle,
Idag verkar den frågan ha försvunnit helt. Kostnaden för energi verkar vara irrelevant. Det får kosta vad som helst bara det är ”fossilfritt” och ”inte kärnkraft”.
Ibland undrar jag om vi inte haft det lite för bra. Kan det vara så att många har glömt vad som är grunden för ett välfärdssamhälle?
Man kan säkert bygga ett ”vätgassamhälle” men jag tvivlar starkt på att det kommer vara ett ”välfärdssamhälle”.
#34 Lars Cornell
Du kallar Hybrits 100m3 pilottank stor.
Det är en pilot i en skala som måste hundrafaldigas innan vi kan kalla den stor!
Den enda LRC-lagertank som finns, åtminstone i publikationer, är Skallen i Halland. Den rymmer 40.000 m3 naturgas och håller 200 bars tryck.
Jag delar helt tty’s kommentar att högtrycksståltankar i flygplan är otänkbart.
Flytande väte har – förutom den tekniska utmaningen med isolering och minus 253 – den ”lilla” nackdelen att förgasning fordras!
BIM #36,
”Lönsamt” är det naturligtvis inte. Men järnskrotet lär bli en liten kompensatio när Ukraina skall bygga upp alla sina bombade städer igen. ”542 haubitsar och 193 salvpjäser har förstörts. 95 kryssningsrobotar har skjutits ner, liksom 405 drönare på operationell eller taktisk nivå. 2042 mjuka fordon eller bränslevagnar har förstörts. Summeringen landar på över 7000 fordon sedan anfallets start utifrån min grova överslagsräkning.” ”1205 ryska stridsvagnar” https://cornucopia.se/2022/05/uppdateras-inga-vasentliga-framgangar-for-ryssland-i-slaget-om-donbas-enligt-brittiska-underrattelsetjansten-trots-flykten-fran-kyjiv-och-chernihiv-terrorbombningar-fortsatter/
#38 Lars Cornell
Låt oss prata om en stor tank, skalan 10.000 m3
Diameter typ drygt 6 m, höjd drygt 30m. Man pressformar nog inte kupade gavlar i säg 15 mm stål och tar in de i ett enda stycke även om man kan ordna tillfartstunnlar som är stora nog. Jag vet åtminstone inte om någon med resurser att göra jobbet ..
Så man måste ta in en myriad av mindre förformade plåtbitar och svetsa ihop gavlarna på plats. Med mycket höga krav på svetsarna, 100% röntgen. Inget lätt jobb. Då är cylinderdelarna enklare, åtminstone inte dubbelkrökta ytor.
Det blir väldigt mycket svets. Som måste ha mycket hög kvalitet med hänsyn till vätgasmolekylens difusionsbenägenhet genom minsta por. ”Kul” om det finns fel som upptäcks först vid drifttagandet med väte. Att provtrycka med vatten avslöjar ingenting!
Det jag menar vore intressant är att höra med folk som kan den här sortens problematik!
Oprövad för vätgas är bara förnamnet ..
Den verklighet man har svårt att ta till sig kan dessutom numera ändras ( till det sämre ) blixtsnabbt, typ Ryskt elstopp till Finland i morgon. Nästa vinter kan bli en utmaning som vi bara fick lite försmak av i November – December.
Vågar man tippa gasstopp till Sverige efter Natobeslut?
#30
Du brukar ha rätt, men jag blev lite undrande.
Anledningen till att väte diffunderar så snabbt är att det kan göra sig av med sin elektron. I en metall kommer vätets elektron att ”flyta” in i metallens valensband. I princip får man en ”fri” proton som då kan röra sig relativt obehindrat.
Men händer verkligen samma sak för helium? Det är betydligt svårare för heliumkärnan att ”frigöra” sig från elektronerna.
Har verkligen helium högre diffusionshastighet i metall än väte?
JonasW #46
Du får också betänka att Helium inte bildar molekyler typ H2.
När man läser vad som skrivits i tråden blir Svante Axelssons svammel parodiskt för att inte säga skrämmande:
https://www.expressen.se/tv/klimat/experten-om-nya-trenden-vatgas-den-stora-kioskvaltaren/
Noll kunskap om de hinder och problem som beskrivits här.
#44 Hans H.
Se figur 1 i angiven länk. De visar där diameter 4,4 m och höjd 9 m. Som figuren är ritad kanske det kan gå att lirka in behållaren färdigsvetsad från hålrummet snett ned till höger som sedan fylls med betong ”lining” grå yta 2. Annars får man svetsa bitarna på plats.
FRÅGA: På 1980-talet hade man problem med att det bildades alger (kanske var det bakterier) i plaströren för golvvärme. Det berodde på att slangen diffunderade in syre från atmosfären. Det problemet avhjälptes med att slangen tätades med att tunt hölje av polyvinyl (tror jag det var). Jag byggde hus med golvvärme ungefär år 1990.
Kanske kan man förse trycktanken med lämplig beläggning, typ teflon, på insidan för att stänga de elaka molekylerna ute?
#46 JonasW. Fri proton var intressant åsikt som jag inte sett tidigare. Helium är universums minsta molekyl och jag förmodar att den, och vätemolekylen, tar sig fram i de mikrosprickor som finns i kristallgittret. Där blir molekylens kontaktyta stor och den kan regera med det som finns där.
1) Gasens tryck är i princip 200 bar medan metallens (stålets) tryck är negativt (dragkrafter).
2) När vätet reagerar kemiskt ökar kristallernas volym vilket skapar sprickbildande krafter.
Dessa påståenden undslipper jag mig trots att jag vet obetydligt i ämnet. Men mitt syfte är att ni som kan mer skall dela med er av kunskap.
#49 Lars Cornell
Tack för din länk, men jag är redan hyggligt inläst på Hybrits pilotprojekt.
De dimensioner du tar upp gäller detta pilotprojekt på 100 m3. Vilket ligger LÅNGT från storskalig buffertlagring av vätgas. Räkna själv på mängden energi som ryms i 100 m3 och ställ det mot ett avbrott i billig vindel …
Och jag diskuterar inte pressformade kupade gavlar i 7 mm plåt med 4,4 m diameter inforslade i ett stycke – vilket nog man kan hitta leverantör för – utan utgår från att Hybritpiloten efterliknar verklighetens behov av att svetsa ihop även gavlarna på plats.
Jag pratar då om volymer i storleksordningen 10.000 m3 och angav måtten för sådan tank. För vilken det torde vara mycket svårt hitta någon som gör pressformade kupade gavlar med diametrar på runt 6 m och 12-15 mm gods. För att inte nämna hanteringssvårigheterna ta in sådana i bergrumnet. Så gavlar såväl som rakdel ska svetsas ihop på plats. Som i Skallenprojektet. Väldigt mycket avancerat svetsarbete i en ”primitiv lokal” blir det. Vätgas ställer extrema krav på svetsarna . .
Det är tänkbart att Hybritpilotprojektet gjorts stort nog att påvisa eventuella problem med tekniken när det handlar om vätgas i verkligt stor skala. Det får vi svaret på förhoppningsvis inom ett år efter driftsättning. Ser fram mot svaret. Noterar att det även tillför väsentlig info för frågan vätgas som energilager i största allmänhet.
#50 Hans H
Vi har haft diskussion kring delar till vätgastankar tidigare. Hur stor svårighet det är att tillverka en dubbelkrökt gavel med 6 m diameter i ett stycke ovan jord, det vet jag inte. Däremot, att i ett stycke transportera ner den är närmast en bagatell, förutsatt att orten är 6,5 m eller mera. Samma gäller de cylindriska delarna. Givetvis måste delarna svetsas ihop på plats. Hela tanken går inte ta ner i ett enda stycke.
Tack, mycket bra.
Det jag saknar (kanske kommer i del 2 och 3) är runt elektrolysen av vatten. Förbrukning av elektrolysrör, åtgång av bristmetaller som Platina och motsvarande.
#49 Lars
”Helium är universums minsta molekyl”. Nej den är en atom.
Det är få material som håller som katod i en elektrolys. Vätet diffunderar in och ställer till det.
Platinasvamp kan suga upp mer vätgas än i flytande väte.
Titan som katod har begränsad livslängd p.g.a. hydrid bildning, än värre är det med Niob som katod, den suger upp och reagerar till NiH4 med nästan 100% utbyte, så är det även med Tantal.
Har titanet varit katod i bara några timmar exploderar det om man svetsar i det.
Järn funkar som katod utan att försprödas sönder men väte ligger inuti och det går inte att svetsa i.
Jag känner inte till något material som är vätgasbeständigt över tid.
Någon som gör?
Alldeles utmärkt inlägg, jag ser fram mot kommande. Man bör dock gång på gång påpeka att det inte är ”grönt stål” som är produkten, utan råprodukten ”järnsvamp”, som ju kan inhandlas till väsentligt billigare pris andra vägar. Men det låter ju inte lika fint.
Vattenfalls reklam med Jaws-mannekängen i juvelerarbutiken står mig i övrigt sedan länge upp i halsen. Äcklig, och förljugen – och ger associationer till gångna decenniers Öststatstandvård.
#51 Karl Erik R
Ja, vi har diskuterat detta förut.
Och tyckte vi då enades kring 1.) En stor, säg 10.000 m3, lagertank där stålväggen är tjock nog att motstå flera hundra bars tryck är orealistiskt att tillverka.
2.) LRC innebär väsentligt tunnare stålvägg, men istället tryckavlastning mot bergväggen på för krafterna tillräckligt djup och via ett skikt med betong.
Att kalla betongen för lining som somliga gör är dåligt uttrycksmässigt. Det är en väsentlig del i konstruktionen. Lining är i så fall bättre som benämning på stålet! Som dock måste svetsas ihop först.
Tryckavlastningen måste göras jämn och likformig och ta hänsyn till vissa rörelser i ståltanken. Det ställer stora krav på betongens kvalitet och insprutningen i mellanrummet, även under och över tankens gavlar. Krympfri betong.
Tanken kommer att behöva vara vattenfylld för att ”hålla emot” längs raka cylinderdelen under betongfyllnaden där.
Stora öppningar ger svårigheter med ”jämnt mottryck mot bergvägg” och ”likformiga rörelser” och ju mindre öppningar ju bättre därför.
En säger en fullstor tank med LRC-teknik och gas under 200 bars tryck finns i världen, Skallen i Halland på 40.000 m3 naturgas. Som inte har samma tendens krypa igenom minsta por eller mikrospricka som vätgas.
Hybritprojektets ansvariga är tydligen helt medvetna om att det vore ett mycket stort vågspel att direkt bygga en fullstor tank för vätgas med LRC-teknik. De har därför ett pilotprojekt i skalan 100 m3 tank. Kostnad 250 MSEK…
Att enbart ordna den mellanlagring av vätgas som fordras för att prova direktreduktion av vätgas i stålprocessen skulle man nog kunna lösa till väsentligt lägre kostnad med många små tjockväggiga stålcylindrar – kanske rentav hyrda!
Det som pågår är faktiskt ett pilotförsök för att se om LRC kommer att fungera för storskalig lagring ihop med storskalig produktion!
Och Karl Erik R samt Lars Cornell, det logiska är då givetvis att svetsa både gavlar och cylinderdelen för piloten på plats på samma sätt som man kommer att göra i stor skala.
Man kan behöva gå upp i väggtjocklek något för en stor tank framförallt vad gäller cylinderdelen (om man inte löser de mekaniska frågorna på annat sätt), men Lars Cornell, jag tror inte på 12-15 mm. Ju tjockare, ju mer krävande kommer det framförallt att bli svetsa ihop de kupade gavlarna! Tror 10 mm räcker.
Jag har när jag var aktiv varit med och upphandlat ett antal tryckkärl. Känner inte till någon med kapacitet att fjuppressa kupade gavlar i hyggligt tjockt stål och med diameter kring 6 m. Kan möjligen finnas idag (Kina?) men efterfrågan styr ju sånt.
Kan konstatera att man i Skallenprojektet svetsade på plats i bergrumnet. Men att de vill sälja sin ”världsunika” teknologi och inte avslöjar särskilt mycket. Den kan gå bra för vätgas, det vet ingen än!
Som sagt, lagring låter enkelt – men jävulen lurar bland detaljerna….
# 53 rättelse NbH4 skall det vara (såg ingen det?)
#46 JonasW #53 Johannes
””Helium är universums minsta molekyl”. Nej den är en atom.”
I min begreppsvärld är He både en atom och en molekyl samtidigt. Hur ser din heliummolekyl ut?
Helium kan bilda molekylen He2, men det är under mycket speciella förhållanden.
https://www.ntnu.no/blogger/fysikkforfakirer/2019/07/31/mina-grundamnen-helium/
Definition av ”molekyl” enligt Wikipedia, citat:
Inom den kinetiska gasteorin används ofta termen molekyl för alla partiklar i gasform oavsett dess beståndsdelar. Enligt denna definition räknas ädelgaser som molekyler trots att de endast består av enkla obundna atomer.
#57 Lars Cornell
Det där med nomenklatur kan förvirra.
Låt oss konstatera att en mol av ett ämne är den atomvikt i gram som ämnet uppvisar. Oavsett om det består av enskilda atomer eller av ”sammansatta atomer”, alltså molekyler
Väte förekommer normalt fritt endast som molekylen H2. Helium däremot som atomen He. Gaslagarna gäller H2 eller He, bägge som vad en mol anger
H2 är fortfarande lättare än He, men som tty påpekat är storleken det viktigaste vid diffusion genom porer. Både H2 och He är mycket små!
Om H2 dessutom dissocieras till enskilda atomer och i sammanhanget en H+ proton uppstår har vi något mycket litet! En proton!
Och reaktivt. Läs vad Johannes skriver om elektrodmaterial!
Lars
Wiki inleder den artikeln med:
”En molekyl definieras som en grupp av två eller fler atomer ordnade i ett precist arrangemang med hjälp av kovalenta bindningar.”
Hur skall wikiförfattaren ha det? Referensen om att ädelgaser kallas molekyler är från en Indisk lärobok för årskurs ett.
Lars, jag delar helt Johannes uppfattning. Din referens till allmänna gaslagen hoppas jag klarades ut av mitt inlägg #58
Vi är bägge kemister
Hans H #55 med flera
De fullstora lager som Hybrit (eller snarare LKAB) tänker sig i framtiden handlar om 100 000-120 000 geometriska kubikmeter. Detta enligt faktarutan längst ned i bifogad länk. Det kräver 100 GWh el att ladda lagret. Om trycket är 200 bar blir energiinnehållet i vätgasen då cirka 51 GWh, om jag räknat rätt. Jag tolkar det som att 50% av elen förloras i elektrolys och kompression.
https://www.hybritdevelopment.se/hybrit-unikt-vatgaslager-i-lulea-tar-form/
#61
”Produktionen kan ske utan ett lager men lagring ger möjligheten att variera efterfrågan på el och säkerställa stabil produktion i direktreduktionen.”
De skall alltså använda uteslutande vattenkraft?
100GWh är 11 timmar med 9 GW elektrolysörer.
De planerar ju 9-10 GW elektrolys.
En sådan elektrolys mäts efter hur mycket effekt cellen drar vi anslutningspunkten och det säger egentligen inte exakt hur mycket vätgas som produceras eftersom cellspänningen varierar med bl.a temp och skick på cellen.
Själva strömverkningsgraden med avseende på gaserna är nära 100% eftersom det inte sker några nämnvärda sidoreaktioner.
Kan vara som så att verkningsgraden efter elektrolys och kompression är bara usla 51%.
#61 BD-Nille
Tack för info. Med lagervolymen vid fullstor drift på 100.000 – 120.000 m3 inses lätt att bergrumstankar på över 10.000 m3 styck är rimligt även om man fördelar volymen på flera tankar och bygger ut produktionen i etapper.
Vet du mer om när 100 m3 piloten tas i bruk?
#61 BD-Nille
Tack än en gång. Ser nu att länken svarar på frågan om driftsättning. Sen ska lagret utsättas för ett antal tryckvariationer innan vi vet att tekniken tycks duga för vätgas. Nån gång mot årsskiftet alltså.
Ser att man också tydligt deklarerat att detta är oprövad teknologi. Även om man tycks vara övertygad om att det går bra. Ja, kanske säger jag. Farligt sälja skinnet innan björnen är skjuten dock
Ser också att man tydligt kallar ståltanken för ”linern” – precis som jag hävdar att man ska.
När man sprutar betong på råa tunnelväggar, ja då är betongen liner.
I LRC är den ett ”viktigt konstruktionselement”.
#57 #58 #59 #60
Vår lilla dispyt handlar ej om vetenskap, där är vi överens, utan mer om semantik – vad betyder ordet ”molekyl”? Jag har i 60 år levt med uppfattningen att universums minsta molekyl är helium och det tänker jag fortsätta med.
johannes #59, Citat: Wiki inleder den artikeln med…
”En molekyl definieras som en grupp av två eller fler atomer ordnade i ett precist arrangemang med hjälp av kovalenta bindningar.” /Slut citat.
Artikeln/stycket fortsätter på följande sätt:
”Inom den kinetiska gasteorin används ofta termen molekyl för alla partiklar i gasform oavsett dess beståndsdelar. Enligt denna definition räknas ädelgaser som molekyler trots att de endast består av enkla obundna atomer.[4] ….”
Att [4] kommer från en indisk lärobok (New Age International (P) Ltd.) får jag leva med. Men där får man lära sig att helium är en molekyl redan i B.Sc årskurs ett.
[4] https://sv.wikipedia.org/wiki/Molekyl
Jag tycker också att jag har stöd för min åsikt i #58,
”mol — Oavsett om det består av enskilda atomer eller av sammansatta atomer.”
#63 Hans H
Planen är att Pilotlagret ska tas i drift sommar 2022, och tester ska pågå till 2024. Allt enligt min länk i #61.
Det finns även uppgifter om att man ska testa upp till 250 bar tryck. Andra uppgifter gör gällande att vätgas en ogynnsam kompressibilitet, att allmänna gaslagen inte gäller rakt av.
Johannes #62
”De skall alltså använda uteslutande vattenkraft?”
Den demoanläggning (i fullstor industriell skala) som Hybrit hoppas ha i drift hos LKAB i Malmberget/Gällivare år 2026 har ett angivet eleffektbehov om 600 MW. Man har ännu inte fattat beslut om man ska ha något vätgaslager där.
Antagligen vill man utvärdera testerna av Pilotlagret i Luleå. Det kanske visar sig att det tekniskt inte går att lagra vätgas på detta sätt, eller att det blir för dyrt.
600 MW kan nog hanteras utan lager, dvs man tar av vattenkraften.
Problemet är då uppstickaren H2GS i Boden som ska var i drift med vätgasproduktion, järnsvampsproduktion, stålverk och valsverk år 2024 eller i alla fall år 2025…. De har tydligt sagt att de inget vätgaslager ska ha, annat än för någon timmes buffert. De vill alltså lägga beslag på vattenkraften i Luleälven innan LKAB tar den.
”Kan vara som så att verkningsgraden efter elektrolys och kompression är bara usla 51%.”
Detta förstår jag inte. Jag har tolkat det som att elektrolysen ger 30-40 %-enheter förlust och kompressionen ytterligare 10-20 %-enheter? Stämmer det inte att elektrolysörer har dålig verkningsgrad, typ 60-70%?
#67 BD-Nille
Tänk tanken att det inte går att lagra vätgas på detta sätt…..
100.000 m3 i många små trycktankar för höga tryck? Många går åt…..
Alternativet är cryolagring. Kyl ner till minus 253 grader så blir det trycklöst. Kostar extra slant för ”arbetet”. Fordrar förångaren för att återfå gasen.
Oavsett drabbas kalkylerna av rejäl extra kostnad. Hur mycket tål man?
Att ”sno” en väsentlig bit av vattenkraften betyder att man istället ska skicka mer instabil vindkraft söderut. Morsning…
#65 Lars Cornell
Mol är ett mått och det definieras på sitt speciella sätt. Det betyder INTE att jag stödjer att kalla en atom för molekyl!
Kinetiska gasteorin baseras på mol gas.
Du hittar inte en kemist som stödjer din åsikt att en atom helium utgör en molekyl bara för att kinetiska gasteorin bygger på räkneenheten mol.
Så det så!
#55 Hans H
Vi är överens i det allra mesta. En tank med 6 m diameter kan givetvis transporteras in i ett stycke. En tank som i Skallen med 36 m diameter måste givetvis svetsas ihop i bergrummet.
Jag tror dock inte att tanken måste vattenfyllas när man betonggjuter mellan tank och berg. Gjutningen kommer att ta så pass lång tid att betongen brinner successivt och utövar inte något nämnvärt tryck mot tanken. Kanske bara en meter betong som ger ett tryck, resten har brunnit så långt att det inte blir något tryck. Med mått från Skallen så går det 80 m3 betong per höjdmeter. Det är inte nedpumpat i en handvändning.
# 65
Det stämmer, en mol är en mol är en mol
#70 Karl-Erik R
Så här ska gjutningen ske (betalspärr, men jag klistrar in lite text..)
https://www.nyteknik.se/premium/har-ska-stalindustrins-vatgas-lagras-30-meter-under-mark-7022227
Ur Ny Teknik 7 oktober 2021:
”…… Väl där är det en stålcylinder, stående på högkant, som ska hålla tätt. Berget ska ta upp tryckkrafterna. Mellanrummet mellan berg och stål ska fyllas med betong.
Det blir den svåraste utmaningen, enligt Jan Israelsson, som är bergansvarig på Hybrit. Eftersom gjutningen görs när stålcylindern har svetsats ihop blir det för trångt att arbeta som vanligt. Därför måste gjutningen göras blint. Men samtidigt är det helt avgörande att betongen sluter helt tätt mellan stålcylinder och bergvägg.
– Vi måste leda in betong med gjutslangar till många olika ställen. Så vi sätter in kameror, som sedan blir kvar därinne, cirka fem stycken, berättar Jan Israelsson.
Betongen kommer att tryckas in nerifrån och arbetet beräknas ta 15–20 timmar.
– För gjutningen får vi bara en chans. Så det gäller att göra rätt på en gång, säger Jan Israelsson.
Själva valet av betong har också krävt sitt arbete.
– Betongreceptet har vi jobbat med i ett års tid. Den måste flyta ut rätt, uppfylla hållfasthetskraven och vara självkompakterande. Den får inte härda för snabbt heller så att det blir skiktningar i betongen, säger Pär Vestin på NCC…..”
#70 Karl Erik R
Rakdelen av en cylindrisk tank tål inte så värst stor intryckande belastning innan den kollapsar.
Och att montera s.k. vakuumringar på utsidan hindrar betongflödet vilket enligt #72 är ett kritiskt moment. Undrar om man övervägt invändiga vacuumringar?
#72 BD-Nille
Tack för info. Kunde inte föreställa mig att betongen skulle tryckas i nerifrån. Förstår att det tar många timmar. Retarder för betongen krävs. Säkert något andra tillsatser som ger betongen speciella egenskaper. Undrar om man tänker gjuta in de fullskaliga tankarna på samma sätt? De blir ju gigantiska i jämförelse med denna pilottank.
Undrar också om det var så man gjorde i Skallen? Den är ju i ”full skala” jämfört med piloten i Hybrit.
#74 Karl Erik R
Detta är vad jag googlat fram om Skallen och hur jag uppfattat arbetsgången för stora tanklager enligt LRC-teknik.
Skallenlagrets tank (40.000 m3) är ca. 30 m i diameter och drygt 50 m på höjden. Och ligger med sin högsta del 115 m under mark. Bergrummet är på 80.000 m3. Ett centralt schakt med 1 m diameter finns för gasröret (borrat 30 cm sedan vidgat). Tillfartstunnlar i botten och vid rakdelens övergång till toppgaveln.
Bergytan försågs med ett finmaskigt system av dräneringsrör som kläddes in med ett tunt skikt av betong.
En cirkulär travers monterades i bergrumstaket för hantering av plåtbitar på ca. 4 ton stycket. Man svetsade sedan allt på plats i ”bergasalen”. Och byggde ställningar och arbetsplattform och röntgenkontroll och vissa klimatåtgärder allteftersom man arbetade sig uppåt.
Jag har uppfattat att man i Skallenprojektet fyllde på betong uppifrån. Och sedan undre tillfartstunneln först förseglats med ett starkt ”lock” fastborrat i tunnelväggen. Man hade vatten i tanken som mottryck vid gjutningarna. Varierande uppgifter om plåttjockleken, 7 mm samt 12-15 mm
Man arbetade sig uppåt i rakdelen i etapper och fyllde betong i det drygt 70 cm stora mellanrummet. Nära raka cylindriska delens slut gjorde man halt och ordnade en stor arbetsplattform för att svetsa ihop övre gaveln på denna.
Sedan hissades gaveln upp mot bergrumstaket och ett ytterligare cylindersegment svetsades på plats på cylinderdelen och ställningarna inuti togs bort.
Därpå sänktes gaveln en bit och svetsades ihop med tanken med lagom spalt för betong även ovanför.
Gasröret monterades och övre tillfartstunneln förseglades med starkt ”lock” som den undre. Varpå det vertikala ”rörhålet” användes för slutliga betongfyllnaden runt tankens toppgavel. All tankplåt hade innan betongfyllning fått ett bitumenskikt på utsidan för att ”smörja” plåtytans rörelser.
Diverse videokameror användes vid betongfyllnad av spalten och fick förbli. Betong av kvalitet som flöt bra, krympte absolut minimalt och inte fordrade vibrering användes. Klart 2003 och har fungerat klanderfritt.
Kompressorhuset placerades rakt ovanpå och en läcka i dess armatur skapade ett tillbud precis i början. Inget man kan lasta LRC för. Viktigt dock med vätgas att aldrig kunna få gas i slutet rum. Öppet så stiger gasen snabbt i lufthavet.
Hybrit lär vara tvungna arbeta på likartat vis om man ska bygga tankar på säg 20-30.000 m3.
Nyckelmeningen är: ”I full skala, potentiellt på 100 000-120 000 m3 som lagrar 100 GWh el omvandlad till vätgas, räcker det för ett fullstort stålverk i cirka tre till fyra dagar.”
Det här tolkar jag som att input är 100 GWh el och den räcker till cirka 3,5 dagars drift (24/7). Det innebär att den genomsnittliga elförbrukningen är 1 190 GWh per dag eller strax över 10 TWh. Som av en händelse ungefär var Markbygden förväntas leverera.
I vilket fall som helst vore det dumt av LKAB att installera så mycket större elektrolysörer än genomsnittsförbrukningen. Man får ta höjd för underhåll av och reparationer av elektrolysörer, men jag tror det räcker med cirka 1 300 MW.
Det är inte tydligt sagt av LKAB, men de har en alkalisk elektrolysör i experientlagret i Luleå och Ovako har köpt en 20 MW alkalisk elektrolysör för cirka 11 miljoner €. En PEM kostar cirka 50 % mer.
Om vi tänker oss 1 300 MW är det alltså 65 NEL elektrolysörer och en investering på i runda slängar 650 miljoner € (1 000 miljoner € för PEM lösningen).
Då Vattenfall är med så är säkert tanken att när det inte blåser så kan man toppa upp med vattenkraft och 1 300 MW (i värsta fall) ligger inom marginalen, men troligtvis ser man ett intresse av att fylla lagren fullt då elen är billig och använda lagret när elen är dyr. Det kan man bara göra om man överdimensionerar elektrolysörerna, vilket då kostar cirka 5 miljoner per extra MW.
Det som är problemet för LKAB är då, vad är den optimala installationen av elektrolysörer och är det mer ekonomiskt att ha alkaliska för basförbrukningen (upp till 1 190 MW) som är mer eller mindre konstant) och sedan ha PEM elektrolysörer för den intermittenta topp-produktionen.
https://finansavisen.no/nyheter/energi/2021/11/25/7779089/nel-landet-ny-kontrakt
#76 UWB
Johannes som brukar kommentera här på KU har jobbat hela livet i elektrolysbranschen. Han konstaterar att PEM för Hybrit är helt orealistiskt pga att det drar för mycket Iridium.
Inte en kostnadsfråga utan fråga om tillgången på världens sällsyntaste metall.
Sen SKA de alkaliska elektrolysörerna köras med jämn belastning. Hur mycket vindel och hur mycket vattenkraft blir det då?