Svar på ofte stilte spørsmål

Et hydrogenkjøretøy er et elektrisk kjøretøy der batteriet er erstattet av en brenselcelle og en hydrogentank. Hydrogen fra tanken og oksygen fra et luftinntak omdannes i brenselcellen til elektrisk energi, varme og vanndamp. En elektrisk motor gir bilen framdrift. Brenselcellen avgjør hvor mye effekt man får ut av systemet (kW) og hydrogentankens størrelse avgjør hvor mye energi som lagres (kWh). Hydrogenbilen har også et batteri som gjør at den kan lagre energi ved regenerativ bremsing og gjenbruke denne ved akselerasjon. Dermed spares drivstoff og brenselcellen får en mer jevn belastning som også forlenger levetiden. Batteriet er mindre enn framdriftsbatteriet vi finner i batterielektriske kjøretøy. 

 

Hydrogentankene i en personbil inneholder komprimert hydrogengass med 700 bars trykk. Det høye trykket gjør at man får plass til mye energi på et lite volum. Busser har større plass til hydrogentanker og benytter derfor 350 bars trykk. Det er billigere, da hydrogensystem med høyt trykk gjør at man må bruke sterkere materialer som koster mer. For lastebiler vil det komme løsninger med både 350 bar og 700 bar. Daimler har varslet at de vil bruke flytende hydrogen i sine lastebiler. Det gjør at man kan få med enda større energimengde på samme volum. Ulempen er at kostnaden vil være større, både for kjøretøy og for hydrogenstasjonen. 

Hydrogen er ikke en energikilde, men en bærer av energi. Det kan sammenlignes med et batteri. I prosessen med å fremstille energibæreren vil noe av energien som var i energikilden "gå tapt". Når vi produserer hydrogen ved elektrolyse vil noe av energien vi putter inn (elektrisk strøm) gå over til varme i tillegg til at det produseres hydrogen. Effektiviteten i prosessen angir hvor mye av energien som går til det opprinnelige formålet.   

Fordelen med energibærere er at vi kan benytte oss av energien lagret i dem til bestemte oppgaver på bestemte steder. Sol og vind er ikke energibærere, siden vi ikke kan kontrollere dem, eller lagre dem som de er - vi kan kun nyte sola mens den skinner, og seile mens vinden blåser. Elektrisiteten fra f.eks. sol- og vindkraft kan vi lagre i batterier eller hydrogen. 

For å kunne bruke hydrogen trenger man en energiomformer. En brenselcelle er en slik omformer som effektivt gjør hydrogenets kjemiske energi om til elektrisk energi. Brenselcellen får hydrogen fra en tank, oksygen fra luften og produserer elektrisitet, varme og vann. En brenselcelle genererer ca. 0,7 volt (V). For å få en høyere spenning kobles mange brenselceller sammen i en såkalt brenselcellestack. En brenselcelle har en anodeside og en katodeside som separeres med en membran. På anodesiden deler en katalysator opp hydrogenatomene i protoner og elektroner. Protonet kan bevege seg gjennom membranen mens elektronet må gå rundt. Da dannes det elektrisk strøm som vi kan utnytte.  

I brenselcellen produseres strøm, varme og vann fra hydrogen og oksygen

Figur. I brenselcellen produseres strøm, varme og vann fra hydrogen og oksygen. Kilde: Statkraft 

Ved forbrenning av hydrogen dannes det vanndamp. Den praktiske forskjellen på øvre brennverdi (engelsk: higher heating value, HHV) og nedre brennverdi (engelsk: lower heating value, LHV) er at HHV inkluderer energien forbundet med kondenseringen av vanndampen (altså at man kan nyttiggjøre seg kondensasjonsenergien i vanndampen), mens LHV utelater den energien som er bundet opp som kondensasjonsvarme. Det vil si: LHV = HHV - kondensasjonsvarmen. 

Energiinnholdet i 1 kg hydrogen er ekvivalent til ca. 2,8 kg bensin eller diesel.  

Energiinnholdet i hydrogen (LHV) kan synliggjøres ut fra ulike fysiske størrelser. For hydrogen i gassfase er det mest vanlige å benytte kg eller Nm3, mens for flytende hydrogen (LH2) benyttes gjerne liter: 

  • 33,33 kWh/kg <-> 120 MJ/kg 
  • 3,00 kWh/Nm3 <-> 10,8 MJ/Nm3 
  • 2,359 kWh/l LH2 <-> 8,495 MJ/l LH2  

Ser vi på andre drivstoffdata: 

  • Råolje ≈ 11,6 kWh/kg 
  • Diesel ≈ 11,9 kWh/kg 
  • Bensin ≈ 12,0 kWh/kg 

N (normal): Gassegenskaper ved trykk på 101,325 kPa (=1 atmosfære) og temperatur 20°C. 

Det kreves ca. 50 kWh for å produsere 1 kg hydrogen. Med 1 kg hydrogen på tanken vil en brenselcellebil typisk kunne kjøre 10 mil. 

Det finnes ulike metoder for produksjon av hydrogen. De mest aktuelle metodene er spalting av vann ved vannelektrolyse og reformering av naturgass/biogass. 

Vannelektrolyse – Ca. 4 % av den globale hydrogenproduksjonen er i dag basert på vannelektrolyse (elektrokjemisk spalting av vann til hydrogen og oksygen). Selve elektrolysøren (cellepakken) opererer gjerne på 75-80°C med en energieffektivitet på rundt 80-85 %. Legger man til energitap i alle hjelpesystemer (transformatorer, kompressorer, pumper, varmeelement og liknede), kan man regne med at en hydrogenfabrikk totalt forbruker 50-60 kWh pr. kg hydrogen levert. Ved å øke temperaturen på cellepakken til over 100°C (høytemperatur vannelektrolyse) kan energiforbruket typisk reduseres med 15-20 %. 

Naturgass-/biogass-reformering (på engelsk gjerne betegnet som steam methane reforming, SMR) – Ca. 96 % av den globale hydrogenproduksjonen er i dag basert på fossilt brensel, hvorav dampreformering av naturgass står for 68 %. Energieffektiviteten til reformeringsprosessen er omtrent som for vannelektrolyse.

Grønt hydrogen produseres ved vannelektrolyse, der vann splittes i hydrogen og oksygen, utelukkende ved bruk ev elektrisk strøm. Hydrogen fra naturgass med fangst av CO2 kalles blått hydrogen. Uten fangst kalles det grått hydrogen.