När nästa generations vätgasdrivna Gotlands-färjor ska bunkras och tankas uppstår en utmaning: gasens temperatur blir snabbt för hög.
I ett projekt finansierat av Trafikverket testas nu en lösning för att hålla gasen inom säkra temperaturer med hjälp av havsvatten.
– Resultaten var helt klart lovande och visade att det går att kyla vätgasen med hjälp av havsvatten, säger Jonatan Gehandler vid forskningsinstitutet RISE, som har lett testprojektet.
Nästa generations vätgasdrivna Gotlandsfärjor behöver fyllas med 16 ton vätgas vid varje tur- och retur resa, men i fartygens lagringstankar kan vätgasen snabbt nå den kritiska nivån på 80°C och behöver snabbt kylas ned.
Tankning av vätgas har ett dubbelproblem: när gasen komprimeras i en cylinder stiger temperaturen i takt med att trycket ökar, och när den expanderar vid fyllning av fartygets tankar sker ännu en temperaturökning. Vätgas har nämligen den speciella egenskapen att den blir varm när den expanderar, vilket sker när trycket ökar.
På vägsidan har detta lösts genom att kyla ner gasen till -40°C innan tankning. Men medan en lastbil behöver cirka 50 kilo vätgas kräver en färja upp till 16 ton, vilket gör förhandskylning energikrävande och tekniskt komplicerat.
Lösningen: havsvatten som kylmedium
För att komma till rätta med problemet utmanades forskare vid KTH och Uppsala universitet att tänka rejält utanför boxen när de utvecklade ett nytt koncept för aktiv kylning.
Istället för att förhandskyla gasen kunde man låta havsvatten flöda genom en värmeväxlare i varje cylinder ombord på fartyget för att kyla med vätgasen. I Visby hamn finns havsvatten med en temperatur på minst 10°C året runt, vilket skulle räcka för att hålla vätgasen mellan 40 och 60°C – en säker nivå för lagring inom ramen för tillåtna gränser.
Projektet Large scale hydrogen filling finansierades av det maritima forskningsinstitutet Lighthouse.
Testerna bekräftar tekniken
Men det är inte säkert att något som fungerar i teorin gör det i verkligheten. I det uppföljande projekt som har finansierats av Trafikverket har man byggt upp en prototyptank med en invändig kylslinga vid RISE Composites i Piteå. Den har nu testats vid RISE Fire Research AS i Norge.
Resultaten visar att den integrerade kylslingan reducerar temperaturökningen vid fyllning, vilket möjliggör en högre fyllnadsgrad och säker drift. Prototyptanken klarade både tryck- och prestandatester utan läckage eller synliga skador.
Värmeförlusten var dock mindre än väntat, vilket delvis kan förklaras med att tanken byggdes med stålliner inuti, vilket tar upp mycket värme.
– I alla försök blev värmeförlusten mindre än i de tidigare modelleringarna. En tanklösning helt baserad på kolfiber, alternativt med plastliner hade kanske varit bättre men är komplicerad att bygga med en kylslinga inuti, konstaterar testledaren Jonatan Gehandler.
– Sedan återstår också kostnadsfrågan. Det är självklart att det blir dyrt att designa den här typen av tankar, fortsätter han.
Den ekonomiska aspekten undersöktes inte alls i projektet.
Fortsatt utveckling krävs
Gotlandsfärjorna kan bli pionjärer inom vätgasdriven sjöfart, men teknikutvecklingen måste fortsätta för att säkerställa en både hållbar och ekonomiskt rimlig lösning. Havsvattenkyld vätgaslagring kan visa sig vara nyckeln till en framtid där fossilfri sjöfart blir verklighet.
Trots framgångarna finns det flera aspekter som behöver utredas innan tekniken kan implementeras i full skala. Forskarna rekommenderar:
- Utveckling av en detaljerad ritning för ett fullskaligt bunkringssystem.
- Förfining av den termodynamiska modellen för att inkludera alla komponenter.
- Optimering av kylningen mellan expansionsventil och tankarna ombord.
- Fördjupad analys av tankdesign med alternativa material som plastliner eller komposit.
Rapporten Säker storskalig vätgasbunkring – Test och validering har författats av Mikael Bergius, David Engberg, Stefan Grönkvist, Kumail Marnate (KTH), Vasiola Zhaka, Björn Samuelsson (Uppsala Universitet) & Jonatan Gehandler (RISE)
Lighthouse är Sveriges samverkanplattform för sjöfartsforskning och innovation. Här arbetar akademi, institut, myndigheter och näringsliv tillsammans för att säkerställa en effektiv och långsiktigt hållbar, säker och konkurrenskraftig sjöfart.
