Vätgas ska kylas med havsvatten på Gotlandsfärjor

Nästa generations vätgasdrivna Gotlandsfärjor behöver fyllas med 16 ton vätgas vid varje tur- och retur resa. Temperaturen i fartygets cylindrar kommer då att stiga långt över tillåten gräns om inte vätgasen kyls. Enligt en ny förstudie från Lighthouse kan detta göras med havsvatten.

När en cylinder fylls med gas stiger temperaturen när trycket ökas. Vätgas har dessutom egenheten att den stiger i temperatur när den expanderar, vilket den kommer att göra när den släpps från en tank till en annan som har mindre tryck.

– Det är alltså två effekter som höjer temperaturen, vilket gör att vätgasen lätt stiger över den tillåtna gränsen på 80°C i cylindrarna. På vägsidan har man löst det genom att kyla ned vätgasen till -40°C innan tankning av fordon. Men det är en sak att kyla 50 kilo vätgas jämfört med kyla de 16 ton som kommer att behöva för att fylla en färja, säger Björn Samuelsson, forskare i kvalitetsteknik vid Uppsala universitet, Campus Gotland.

Hur kyler man 16 ton vätgas? Att göra det innan bunkring skulle kräva stora mängder energi och dessutom eventuellt kräva en väldigt dyr luftseparationsanläggning. I projektet Large scale hydrogen filling har Björn Samuelsson och hans kolleger därför varit tvungna att tänka utanför boxen.

– Vad händer om vi gör tvärtom och kyler i efter bunkring? Skulle man kunna använda sig av aktiv kylning med hjälp av havsvatten som flödar genom en värmeväxlare inne i respektive cylinder ombord på fartyget?

Jodå, med 10 gradigt vatten, vilket det finns tillgång till året om i Visby hamn, så skulle temperaturen i cylindrarna hamna någonstans mellan 40 och 60°C.

– Man måste ha en hög genomströmning på vatten, men flödet som krävs är redan idag fullt möjligt för förkylning av konventionella motorer, säger Björn Samuelsson.

Än så länge fungerar bara cylindern i teorin och nästa steg är att testa den i verkligheten. I ett nytt forskningsprojekt, finansierat av Trafikverket, har därför en nedskalad prototyp byggts som säkerhetstestas under våren innan laboratorieförsök görs ihop med RISE i höst.  

– Får vi samma resultat som i vår simuleringsmodell så kan det sedan gå ganska fort. Om tre till fem år skulle cylindern kunna vara klar för marknaden. Det ligger i linje med den avsiktsförklaring som Gotlandsbolaget tecknat med ett australiensiskt varv om den snabbgående katamaranen Horizon X som kan levereras redan 2027.

Även om färjan går att köra på 100 procent grön vätgas så kommer det förstås inte vara möjligt så tidigt.

– Det kommer inte att finnas tillräcklig tillgång på vätgas i hamnarna, utan troligtvis testar man först med att leverera vätgas med trailers för se hur väl tekniken fungerar. Men bara några år senare, kanske runt 2029 kan det var möjligt att köra helt på vätgas, säger Björn Samuelsson.

Förstudien Large scale hydrogen filling har gjorts av Björn Samuelsson, (projektledare), Jim Allansson och Kenneth Friberg Uppsala universitet samt Kumail Marnate och Stefan Grönkvist KTH. Arbetet har skett i samarbete med Christer Bruzelius, Gotland Tech Development; Harald B Hansen, Hyon; Per Wimby, Stena Teknik samt Jens Berge, Norwegian Hydrogen.