Blir det vätgasen som dödar elbilen – eller kan båda vinna?

För att kunna möta klimatmålen utvecklas ny teknik som aldrig förr. Elbilarna nämns som frälsare för miljön. Att elbilar tar ledningen är också det absolut mest troliga, men frågan är om det är i form av batterielbilar eller vätgasbilar. Både vätgasbilarna och batterielbilarna använder elmotor för drivningen av bilen. Skillnaden är var elektronerna i elmotorn kommer ifrån – ett batteri eller en bränslecell?

Det finns olika åsikter om vilken teknik som är bäst. Den nästan helige Elon Musk har kallat vätgasbilarna för ”fool cells” och menar att det är resursslöseri att göra vätgas med hjälp av el istället för att använda elen direkt i en batterielbil.

Andra anser att fördelarna hos vätgasen väger över. Snabb tankning, färre dyra och skadliga metaller under produktionen och elnätet behöver inte uppgraderas – något vi blir tvungen till om batterielbilarna skulle bli marknadsledande. Däremot kommer du inte kunna tanka vätgas hemma och om vätgasen görs genom naturgasreformering sker det en del utsläpp under tillverkningen av drivmedlet.

I jämförelse framstår förbränningsmotorn som väldigt ineffektiv och det mesta av energin försvinner som värmeförluster. Dessutom används i nuläget bränslen som till största del är fossila. Biobränslen blir viktiga under en övergångsfas men de flesta forskare är överens om att den ”fossila parantesen” inom transportsektorn är på väg att avslutas. 

Bara utsläppen från förbränningsmotorer som förorenar luften tar redan idag död på människor i förtid. Oljan som används släpper också ut ofantliga mängder växthusgaser. Vissa vill hävda att biodrivmedel är ett bra alternativ men de släpper fortsatt ut miljöfarliga ämnen under körning och stora landområden skulle behöva ockuperas av plantager för att kunna göra tillräckligt med biodrivmedel till hela jordens befolkning. 

Att förbränningsbilarna kommer att ersättas med mer miljövettiga alternativ är ett faktum. Men i vilken takt detta sker är mycket svårare att sia om och en fullständigt förbränningsfri fordonsflotta är väldigt långt borta.

Förbränningsmotorn kommer bli kvar ett bra tag till, och biodrivmedel kommer vara en viktig kloss för att bygga vidare mot miljömålen. Nu är det dock vätgastekniken vi fokuserar på.   

Tesla mot vätgas: Grymma förluster

Senast vi körde Tesla Model 3 kom vi 437 kilometer innan den kvarvarande räckvidden stod på noll. Det krävdes 70 kWh enligt bilen själv, men det inkluderar inte förluster under laddning. Räknar vi in en förlust på sju procent krävde Teslan 74,9 kWh. 

Tar vi premisserna ovan och kokar ihop med lite matematik visar det sig att det krävs 219 kWh för att komma lika långt med vätgasbilen som med Model 3. Alltså nästan tre gånger så mycket. Det betyder däremot inte att vätgas är sämre för miljön, kommer elen från förnybara källor är inte utsläppen särskilt stora.

Energiförbrukning: Stora skillnader

Enligt Vätgas Sverige krävs 50 kWh för att producera 1 kg vätgas och när den gått igenom bränslecellen har man 33 kWh som kan utnyttjas till framdrivning av bilen. 1 kg vätgas ska ge ungefär tio mils körning. Nexo har en WLTP-siffra som ligger på just 1 kg per 100 kilometer. 

När vi gjorde snabbladdningstest på Model 3 fick vi enligt Teslan i 69 kWh men stolpen sade 74,5 kWh. En förlust på ungefär 7 procent. I tabellen har vi räknat på Vätgas Sveriges siffror och de resultat vi fick under vårt laddtest. Det här är alltså inte inräknat distribution. 

Så mycket energi krävs för tio mils körning

Miljöaspekten: Elbil eller vätgas?

Än så länge är det svårt att komma med en ordentlig slutsats om hur vätgas kontra elbilar påverkar miljön. Elbilarna släpper ut väldigt mycket CO2 under produktion, framför allt vid batteriframställningen.

Däremot är inte ångreformering av fossil naturgas ett bra sätt att framställa vätgas på, om man vill rädda planeten. Naturgas (metangas) är en biprodukt vid oljeutvinning, eller så utvinns den ur separata gasfyndigheter.

Tyvärr är ångreformering det billigaste sättet och därför också det som används mest. Enligt Jon Hunt, chef för alternativa drivmedel på Toyota, är de totala utsläppen för vätgasbilar mot elbilar ungefär lika stora sett över 150.000 miles (cirka 24.000 mil). 

När vätgasen enbart tillverkas av förnybar el kommer utsläppen att minska, samtidigt kan en elbils miljöpåverkan minska med ny batteriteknik och återvinning av nämnda batterier. Både vätgas och batterier blir alltså bättre, miljömässigt, men hur snabbt den tekniska utvecklingen sker är förstås svårt att veta.

Svaret på på den enkla frågan – vilken teknik är bäst för miljön – är väldigt svår att besvara på något tvärsäkert sätt. Men helt klart är vätgasbilar och batterielbilar miljömässigt mycket bättre än de andra alternativen som används idag.

Fler tankstationer kommer

Idag finns endast fem vätgasstationer i Sverige: en i Arlanda och en vardera i Göteborg, Mariestad, Sandviken och Umeå.

Ett samarbete för att bygga ut infrastrukturen i Sverige kallat ”Nordic Hydrogen Corridor” ska bygga åtta vätgasstationer, få ut 100 bränslecellsbilar på svenska vägar och ta fram en anläggning för framställning av vätgas med elektrolys som ska drivas med förnybar el. Tanken är att det ska binda ihop de nordiska huvudstäderna Köpenhamn, Oslo och Stockholm. 

När allt kommer på plats vet vi inte ännu, den första tidsplanen har spruckit och samarbetspartner har ändrats men de lovade målen ska nås. Vi vet ännu inte heller var stationerna kommer att placeras, mer än att de ska hamna intill de större vägarna.

Bränslecellsteknikens framtid – Mariestad

Förra året invigdes en vätgasstation i Mariestad. Det blev världens första off-grid-vätgasstation som får energin från solceller.

Off-grid innebär att den inte är kopplad till resten av elnätet och elen kommer alltså enbart från solpanelerna som står en bit bakom. Det innebär noll växthusgasutsläpp under produktionen av vätgasen, och sedan tidigare vet vi att noll växthusgasutsläpp även gäller körning med vätgasbil. 

Stationen kostade 25 miljoner kronor att bygga och den kan få fram 4.000 kilo vätgas per år, vilket räcker för ungefär 40.000 mils körning. Alltså kan 30 vätgasbilar köra 1.500 mil vardera. Eftersom det idag finns strax över fem miljoner personbilar i Sverige skulle det krävas mycket omfattande investeringar för att bygga ut infrastrukturen för vätgasbilar med off-grid teknik. Solpanelerna tar upp en yta på 1.600 kvadratmeter.

Snabba vätgasfakta

Vad är vätgas? Väte är universums vanligaste och lättaste grundämne. Vid normalt tryck och normal temperatur är väte en gas. Den är osynlig, luktar inte och är inte giftig. Bidrar inte till koldioxidutsläpp.

Men vätgas är explosivt och brinner snabbt. Vätgas blir vätska vid minus 253 grader. I Toyota Mirai och Hyundai Nexo använder man vätgas som komprimerats 700 bars tryck. Att trycka ihop gasen kräver energi, och förlusten för kompressionen ligger på mellan fem och tio procent. Att kyla ner vätgas kräver också energi.

Hur produceras vätgas? Det finns flera sätt. I Sverige gör vi vätgas genom sönderdelning av vatten med el, vilket är en process som kallas för elektrolys. När vi använder ”grön” el blir även vätgasen grön. Vanligt är annars ångreformering av naturgas. Det här kan också göras från biogas eller via förgasning av trädrester.

Andra sätt är från ammoniak eller metanol. Energiförlusten att gå från el till vätgas är cirka 30–40 procent. I dagsläget tillverkas vätgas främst av naturgas eftersom det är billigast. Men naturgas är ett fossilt bränsle. Priset för vätgas är cirka 1,7 gånger högre än för ursprungsenergin.

Är vätgas farligt? Det tyska luftskeppet Hindenburg började brinna 1937 på grund av lättantändlig lack på utsidan. Det är den historiskt sett mest kända olyckan med vätgas, men egentligen var luftskeppen konstruerade för att använda den mindre farliga gasen helium. Helium producerades i USA, men fick inte exporteras till Nazi-Tyskland vilket tvingade fram användandet av vätgas istället.

Vätgas är lättantändligt men ute i luften läcker den rakt upp då den väger mindre än en tiondel av luften, vilket innebär att vätgas inte samlas där människor befinner sig, till skillnad från bensin och bensinångor. 

Vätgas är den vanligaste industrigasen idag, det finns alltså mångårig erfarenhet av hur man ska hantera den. Däremot är vätgasen inget som konsumenter kommer i kontakt med i vardagen, förrän nu när de första vätgasbilarna rullar ut på vägarna.

I bilarna finns sensorer som håller koll på om det skulle bli en läcka i någon av bilens tankar och de skulle i så fall larma och stänga av vätgasen. 

Om bilen skulle brinna och trycket i tanken skulle öka finns ventiler som släpper ut gasen bort från de som sitter i bilen. Det är inte heller något syre i tankarna så det kan inte ske en explosion i dem. Vätgasbilar testas också på precis samma sätt som vanliga bilar i Euro NCAP. Där fick Hyundai Nexo toppbetyg. Toyota Mirais tankar har uthållighetstestats genom att man skjutit, eldat och släppt 150 ton på dem.  

Klarar vätgas kyla? Vatten krävs för att bränslecellen ska fungera. Men Toyota Mirai klarar en kallstart efter 17 timmar i minus 30 grader. Inom 70 sekunder ska bränslecellen ge full effekt. Hyundai Nexo är testad i Sverige och ska också klara -30 utan problem.

Är det energieffektivt att köra vätgasbil? Nej. Inte jämfört med en batteribil. Jämfört med en bensinbil kommer man enligt Vätgas Sverige ungefär dubbelt så långt på samma energimängd. Men då finns inte energiförlusterna för produktion, transport och lagring av vätgasen med i kalkylen. Samtidigt ska man hålla i minnet att batterielbilen kräver mycket energi när den tillverkas.

När uppfanns bränslecellen? 1838 tillverkade William Robert Grove ett vätecellsbatteri, även om han inte kunde förklara hur det fungerade. 1893 bevisade Wilhelm Ostwald hur en bränslecell fungerar och vilka beståndsdelar som behövs. 1966 visade GM upp en fungerande bränslecellsbil och Honda, Mazda, Mercedes och Toyota introducerade konceptbilar på 90-talet.

Hur fungerar en bränslecell? Vätgas och syre omvandlas via en kemisk reaktion till elektricitet. Ut kommer också vatten. Vätgas skickas genom ett platinummembran och protoner och elektroner bildas. Elektronerna lyckas inte gå igenom en elektrolyt utan leds en omväg och blir elektricitet, när de tappat sin laddning återförenas elektronerna med protonerna och det bildas vatten. Verkningsgraden i en bränslecell är cirka 70 procent. En bensinmotor har en verkningsgrad på 20–35 procent och en dieselmotor på 30–45 procent. Elmotorn ligger runt 95 procent.

Hur är livslängden på en bränslecell? Toyota garanterar att bilen ska fungera i 15 år. Bilens garanti är 5 år eller 15.000 mil. Bränslecellens effektivitet avtar enligt uppgift med en procent per år. 15 år = 15 procent. Hyundai Nexo har 5 års garanti utan milbegränsning.

Enligt uppgifter från Tesla-ägare tappar en Teslas batteri ungefär tio procent sett över 30.000 mil, men det kan variera.