Påståendet att vätgas enkelt kan blandas in i befintliga naturgasnät utan större konsekvenser får nu motstånd från ny forskning. En vetenskaplig studie pekar på att redan relativt låga nivåer av vätgas kan försämra funktionen hos de kompressorer som är avgörande för att hålla gasen i rörelse genom transmissionsnäten.
Forskarna menar att en inblandning på 10 procent vätgas kan kräva omfattande förändringar av dagens kompressorstationer om gasnäten ska kunna leverera samma tryck och transportkapacitet som vid ren naturgasdrift.
Nytt bakslag för vätgasinblandning – kompressorer tappar tryckkapacitet
Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften International Journal of Hydrogen Energy.
Kompressorer är avgörande för gasnäten
Långväga gasledningar är beroende av kompressorstationer som med jämna mellanrum höjer trycket i systemet. Utan dessa anläggningar skulle gasflödet successivt minska på grund av friktion och tryckförluster i ledningarna.
I studien analyserade forskare från Zhejiang Sci-Tech University och Hefei General Machinery Research Institute hur en centrifugalkompressor påverkas när andelen vätgas i naturgasen ökar.
Med hjälp av avancerad strömningsmodellering testades blandningar med upp till tio procent vätgas.
Resultatet visade att kompressorns förmåga att höja trycket minskade med hela 42,2 procent vid tio procents vätgasinblandning jämfört med drift med enbart naturgas.
Lägre densitet ger sämre prestanda
Enligt forskarna beror problemen främst på att vätgas har betydligt lägre densitet än naturgas.
När gasblandningen blir lättare minskar kompressorns förmåga att bygga upp tryck samtidigt som verkningsgraden försämras. För att bibehålla samma trycknivå i ledningssystemet krävs därför mer energi.
Konsekvensen kan bli att operatörer tvingas öka kompressorernas varvtal, installera ytterligare kompressorkapacitet eller byta ut befintlig utrustning.
I praktiken innebär detta högre investeringskostnader och ökade driftskostnader för gasnätsoperatörerna.
Risk för högre energiförbrukning
Forskarna pekar också på att energibehovet för kompressorstationerna kan öka.
Många kompressorer drivs antingen av gasturbiner som använder en del av den transporterade gasen som bränsle eller av elmotorer som hämtar energi från elnätet.
Om mer energi krävs för att upprätthålla samma tryck i ledningssystemet kan kostnaderna stiga oavsett vilken drivteknik som används.
För gasdrivna kompressorer kan detta dessutom innebära högre utsläpp eftersom mer gas behöver förbrännas för att kompensera för den försämrade effektiviteten.
Påverkar även driftsäkerheten
Studien identifierade inte bara försämrad tryckuppbyggnad utan även förändringar i gasflödet inne i kompressorerna.
När andelen vätgas ökade uppstod mer turbulenta strömningsmönster, kraftigare virvelbildning och större tryckvariationer.
Sådana fenomen kan bidra till vibrationer, ökat mekaniskt slitage, buller och försämrad driftsäkerhet.
Forskarna varnar för att detta kan skapa ytterligare utmaningar för en säker och ekonomisk drift av gasnäten.
Utmanar argumenten för vätgasinblandning
Under senare år har flera regeringar och energibolag lyft fram inblandning av vätgas i befintliga naturgasnät som ett snabbt sätt att skapa efterfrågan på grön vätgas utan att behöva bygga helt ny infrastruktur.
I Storbritannien, Tyskland, Nederländerna, Kina och flera amerikanska delstater har olika pilotprojekt genomförts eller planerats.
Kritiker har dock länge hävdat att vätgasens fysikaliska egenskaper gör tekniken mindre enkel än vad förespråkarna ofta framställer.
Den nya studien ger ytterligare stöd åt dessa farhågor genom att visa att även relativt låga inblandningsnivåer kan påverka centrala delar av gasinfrastrukturen.
Frågan om nyttan fortsätter att debatteras
Vätgasförespråkare menar att inblandning i gasnät kan fungera som en övergångslösning under uppbyggnaden av en större vätgasekonomi.
Samtidigt har flera analyser visat att klimatnyttan blir begränsad när vätgas endast utgör en mindre andel av gasblandningen, medan kostnaderna för anpassning av infrastruktur kan bli betydande.
Den nya forskningen understryker att frågan inte enbart handlar om huruvida rören klarar vätgas eller om slutanvändarnas utrustning fungerar med gasblandningen. Även den utrustning som håller hela transmissionssystemet i drift måste granskas noggrant.
För operatörer som vill bibehålla dagens transportkapacitet kan resultatet innebära behov av omfattande tekniska uppgraderingar – och därmed ytterligare kostnader för en teknik som redan brottas med lönsamhetsutmaningar.
Källa: International Journal of Hydrogen Energy
Fakta:
Vätgas innehåller betydligt mindre energi per volymenhet än naturgas och har samtidigt lägre densitet. Dessa egenskaper påverkar inte bara rörledningar utan även kompressorer, ventiler, mätutrustning och lagringssystem. Flera europeiska gasnätsoperatörer har därför varnat för att större inblandningar av vätgas kan kräva omfattande investeringar i befintlig infrastruktur. Samtidigt pågår flera projekt för att i stället bygga separata ledningsnät avsedda enbart för vätgas, vilket många experter bedömer vara en mer långsiktig lösning.
:::
