Så ska explosion undvikas i unika vätgaslagret

2019-10-03 16:36  

100 kubikmeter komprimerad vätgas ska lagras i berget på LKAB:s område i Luleå. Pilotlagret är ett led i stålindustrins omställning till fossilfri produktion. På grund av lagrets djup och tryck ska vätgasen inte kunna explodera, enligt Vattenfall.

Stålindustrin satsar på att bli fossilfri genom Hybrit-projektet, som drivs av jättebolagen SSAB, Vattenfall och LKAB. Planen är att tillverka stål genom att använda vätgas i stället för kol och koks.

Just nu pågår bygget av en pilotanläggning i Luleå där metoden ska testas. Där ska också vätgasen tillverkas med elektrolysörer. Under torsdagen meddelade bolagen att finansieringen är klar för ett vätgaslager i pilotskala, som sannolikt blir unikt i sitt slag.

Lagret ska rymma 100 kubikmeter och kommer att kunna lagra 100 MWh. Det byggs i form av ett cylinderformat bergrum i Svartöberget och kläs invändigt med stål. Utrymmet mellan stålbeklädnaden och berget ska fyllas med betong. För att vätgasen inte ska ta så stort utrymme i anspråk ska den komprimeras till ett tryck av cirka 200 bar.

Lagrets cylinderform kommer att stå på högkant och befinna sig 25–35 meter under markytan. Hålrummet i berget ska skapas genom sprängning.

Materialen måste klara stora variationer i tryck

Det har inte varit aktuellt att leta efter befintliga bergrum för Hybrit-projektet.

– De flesta bergrumslager som redan finns är ofta horisontella, med liggande gallerier, som ligger ganska grunt under marknivån. Det gör att vi skulle få en stor uppåtriktad kraft från lagret eftersom vi trycksätter gasen. Då skulle vi få för lite berg ovanför lagret för att hålla emot trycket. Därför vill vi ha en vertikal lösning, säger Mikael Nordlander, som jobbar med forskning och utveckling på Vattenfall.

Syftet med vätgaslagret, som ska vara i drift mellan 2022 och 2024, är att undersöka hur det fungerar i liten skala innan man går vidare till större lager. Volymen om 100 kubikmeter är mycket liten jämfört med de 20 000 till 100 000 kubikmeter vätgas som ett fullstort stålverk skulle behöva för fossilfri produktion.

Det som framför allt ska testas i pilotlagret är hur konstruktionen och de ingående materialen klarar stora variationer i tryck. Tanken är att vätgasen också ska kunna användas för att balansera elsystemet. Då måste vätgas snabbt kunna tappas ur lagret när behov uppstår, vilket gör att trycket i lagret ändras.

”Det kan inte läcka in syre – vätgasen har ett övertryck”

En annan viktig sak som ska testas är tätheten. Vätgasmolekylen är extremt liten och lätt och kan slinka ut genom mycket små hålrum. Exakt hur tätheten ska utvärderas vill Mikael Nordlander inte svara på, men han försäkrar att detektion av eventuella läckage och uppsamling av sådan läckt gas kommer att finnas.

– Lösningen för det vill jag inte gå in på eftersom det rör en hel del patentfrågor. Men en av de absolut viktigaste delarna är att ha kontroll på att lagret är tätt. Vi är väldigt måna om att det blir en säker teknik, säger han.

Som alla vet är vätgas explosivt när det kommer i kontakt med syre. I somras exploderade en vätgastank på en tankstation i Norge. Mikael Nordlander pekar på två faktorer som minskar risken med det planerade pilotskalelagret i Luleå: Berget ovanpå lagret och övertrycket som råder i lagret.

– Det finns två sätt som vätgas kan explodera på, dels mekaniskt under högt tryck, dels kemiskt vid blandning med syre. Men det här lagret blir betydligt mer skyddat än en tank ovan jord. Det kan inte explodera mekaniskt om inte berget ovanför fallerar. Och det kan inte läcka in syre i lagret eftersom vätgasen där har ett övertryck, säger han.

Men om ett läckage av vätgas uppstår blandas gasen med luft. Om den då antänds skulle väl lågan kunna spridas ner till lagret via läckan?

– Det är 25–35 meter ner till lagret. Syret kan inte gå baklänges den vägen. I explosionen i Norge var den stora volymen av vätgas betydligt närmare eldkällan. Det är just av den anledningen som vi har valt att lägga lagret långt nere i berget, det blir betydligt säkrare, säger Mikael Nordlander.

Laboratorietester återstår för inklädnaden

Ett större lager, som kommer att krävas om Hybrit-projektet går in i demonstrationsfas som planerat, kommer att behöva läggas på större djup, sannolikt mer än 100 meter under markytan. Var det skulle kunna hamna är ännu inte klart.

Pilotanläggningen där vätgasen ska tillverkas ligger på SSAB:s område, ungefär två kilometer från det planerade pilotskalelagret för vätgas. Ett rör ska dras mellan platserna så att gasen kan transporteras under lågt tryck. En kompressor ovan jord kommer att komprimera vätgasen innan den leds ner till bergrummet.

Planen är att lagret ska börja byggas 2021. När pilotfasen är över 2025 ska vätgaslagret rivas och platsen återställas.

– Det finns en plan att Norrbotniabanan ska dras på Svartöberget. Det gör att vi bedömde det som mest troligt att vi skulle få tillfälligt bygglov där, säger Mikael Nordlander.

Nu återstår laboratorietester för att avgöra vilken typ av stål som ska användas till inklädningen innan projekteringen börjar nästa år. Det gäller att stålet står pall för vätgasens små molekyler under högt tryck utan att drabbas av så kallad väteförsprödning.

Kan minska Sveriges utsläpp med tio procent

Planen med Hybrit är att använda vätgas i stället för kol och koks för att dela upp järnmalm i järn och syre, så kallad direktreduktion. Då slipper man de stora koldioxidutsläpp som skapas från masugnarna i dag. Lyckas satsningen i stor skala kan Sveriges koldioxidutsläpp minskas med tio procent.

Vätgas ska tillverkas genom spjälkning av vatten med elektrolys. Två elektrolysörer om totalt 4,5 MW har köpts från norska Nel till pilotanläggningen i Luleå.

Målsättningen är att svensk stålindustri ska kunna sälja fossilfritt stål på bred front 2035.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt