Deler av denne teksten bygger på tekstene våre “Hydrogen”, som tar for seg hvorfor det er ønskelig å bruke hydrogen og hvordan man fremstiller det, og “Lagring og bruk av hydrogen”, som ser nærmere på hvordan man lagrer hydrogenet og utnytter energien i det.

I dag bruker over 90 prosent kjøretøy i Norge ulike former for fossile drivstoff som energibærer. På grunn av flere nasjonale mål om lavere utslipp i transportsektoren har den batteri-elektriske bilen vokst i popularitet de siste årene. Nå ser mange på hydrogenbilen som en god løsning for å redusere utslippene ytterligere.

Se også: Hydrogen (video, UngEnergi.no)

Hvordan virker en hydrogenbil?

En hydrogenbil får sin elektriske energi fra brenselcellen. Du kan lese mer om hvordan den fungerer i vår tekst om lagring og bruk av hydrogen, men kort fortalt fungerer den slik: Hydrogen fra en egen tank reagerer med oksygen fra luften og danner vann. I brenselcellen blir oksidasjonen og reduksjonen i denne reaksjonen adskilt med en membran, og elektroner blir dermed tvunget til å ta en omvei gjennom en elektrisk krets. Det er dette som er elektrisiteten bilen går på. Som nevnt, resulterer reaksjonen bare i energi og vann, noe som vil si at det eneste som kommer ut av “eksosrøret” på bilen er vann.

Foruten brenselcellen virker en hydrogenbil svært likt en ordinær elbil. Elektrisiteten produsert i brenselcellen driver en elektrisk motor, men kan, i perioder der den lager et overskudd av elektrisitet, gå til å lade opp et batteri. Ved å utnytte brenselcellen til å produsere strøm og batteriet bare for overskudd (som ved rekuperering), trenger man et mye mindre batteri enn det som kreves i en tradisjonell elbil, som får all sin energi fra batterier. Dette er en fordel, siden batterier er svært tunge å frakte på.

Hydrogenets egenskaper gjør det krevende å lagre gassen i personbiler på en god måte. Gassen har lav tetthet, og må komprimeres på en trygg og effektiv måte. I personbiler lagres hydrogengassen i tanker med svært høyt trykk (ofte 700 barBar er en måleenhet for trykk. Atmosfæretrykket ved havnivå er omtrent lik 1 bar. Eller 100 kilo-pascal (kPa). Litt forenklet kan man tenke seg atmosfæretrykket ved havoverflaten som vekten av lufta som ligger over havet. Du kanskje hørt betegnelsen 1ATM. Dette er det samme som 1 atmosfære eller 1 bar.). Hvis du ønsker å lære mer om andre måter å lagre hydrogen på, kan du sjekke ut denne teksten (UngEnergi.no).

Dersom hydrogenet som brukes i brenselcellen er framstilt ved bruk av fornybar energi, vil bilen være like miljøvennlig i drift som en batteri-elektrisk bil som får strømmen sin fra fornybare energikilder.

Hydrogenbiler i Norge

I Norge har ikke bruken av hydrogenbiler blitt veldig utbredt enda. I januar 2019 var det registrert omtrent 140 hydrogendrevne personbiler i Norge. Antall registrerte elbiler rundt samme tid var på over 200 000. Dette er en stor forskjell, spesielt med tanke på at begge biltypene får de samme økonomiske fordelene (f.eks. reduserte avgifter, fritak for bomavgift og mulighet til å bruke kollektivfelt). 

Det lave antallet hydrogenbiler kan skyldes mangelen på hydrogenbilmodeller i det norske markedet. Kun et fåtall bilprodusenter har lansert hydrogenbiler i Norge, for eksempel Toyota og deres modell Mirai, og Hyundai og deres ix35 og Nexo. Mange andre produsenter har enten utsatt lanseringer, eller holder fortsatt på med testing av teknologien, noe som har resultert i at det er få modeller på markedet. Etter hvert som teknologien blir mer konkurransedyktig er det derimot ventet at tilgangen på hydrogenbiler blir bedre.

Nettverket av hydrogenstasjoner i Norge er svært lite, og det har så langt vært utfordringer rundt driften av dem. I starten av 2019 var det kun fem stasjoner for hydrogenpåfylling i Norge. Økonomien har vært krevende, og alle har mottatt tilskudd fra Enova. Den største leverandøren av hydrogendrivstoff i Norge, HYOP, måtte for eksempel i 2018 stenge ned alle sine fem stasjoner på grunn av dårlig økonomi. UnoX måtte i 2019, stenge sine tre stasjoner, etter en eksplosjon ved ett av deres anlegg. Dette førte til at antallet hydrogenstasjoner for personbiler ble redusert til èn stasjon. Per august 2020 er det fortsatt kun én stasjon i drift i Norge. 

En økonomisk ulempe er at hydrogenbiler i dag er dyrere enn elbiler når det kommer til innkjøpspris og driftskostnader. Slik er det forventet å være i årene som kommer. Kjøp og bruk av hydrogenbiler i Norge i fremtiden vil avhenge av om det utvikles god infrastruktur i form av hydrogenstasjoner og at teknologien blir mer konkurransedyktig mot andre lav- og nullutslippsteknologier.

Fordeler med hydrogenbil

• Utslippsfritt: I brenselcellen er det eneste avfallsstoffet vann, med andre ord er den fri for farlige utslipp. På samme måte som batteri-elektriske biler kan få strømmen sin fra fornybare kilder, kan også hydrogenet til hydrogenbiler framstilles på miljøvennlig vis. Dette kan du lese mer om i vår tekst om hydrogen.
• Fornybart drivstoff: Hydrogen kan fremstilles ved elektrolyseElektrolyse er en kjemisk metode der vi bruker likestrøm til å framstille grunnstoffer i fri tilstand fra kjemiske forbindelser. Når man lader opp et batteri bruker man elektrolyse. I en brenselcelle går prosessene motsatt vei. av vann. Dette vannet får vi tilbake når hydrogenet reagerer med oksygen i brenselcellen. Du kan lese mer i tekstene våre om hydrogen, og lagring og bruk av hydrogen.
• Fyllingstid: Hydrogenbilene som er i det norske markedet i dag kan fylles på noen få minutter. Dette er betydelig kortere enn mange av dagens batteri-elektriske biler. Årsaken til denne relativt korte fyllingstiden er at hydrogenbilene ikke trenger å lade opp et stort batteri. I stedet, fylles hydrogen i en hydrogentank, litt som i en tradisjonell bensin- eller dieselbil. Kort fyllingstid kan gjøre hydrogenbiler attraktive i næringer som er avhengige av høy tilgjengelighet og brukstid, som for eksempel varetransport og taxinæringen.
• Rekkevidde: Hydrogenteknologien gjør det mulig å kjøre mye lengre på en tank enn mange av dagens elektriske biler. Dagens brenselcellebiler kan gå mellom 500 og 800 km på en tank, noe som kan sammenlignes med dagens bensin- og dieselbiler. Lang rekkevidde gjør hydrogen til et godt nullutslippsalternativ i langtransporten.

• 

  Lønnsomhet: Sammenlignet med batterier, kan hydrogen være mer lønnsomt for større kjøretøy som kjører lengre strekninger. Et stort batteri krever større plass og er tyngre enn et system basert på hydrogen. Dette gjør at mindre volum av kjøretøyet blir brukt til framdrift, og det blir dermed mer plass til varer. I tillegg har ikke brenselcellen, i likhet med batterier, noen bevegelige deler slik som forbrenningsmotoren, noe som gjør at få ting kan gå i stykker.

• Energieffektivitet: Sammenlignet med dieselmotoren i dagens biler, har brenselcellene i hydrogenbilen en høyere virkningsgradVirkningsgraden til et system er definert som \( \frac{\text{nyttbar energi}}{\text{tilført energi}} \) og betegnes ofte med den greske bokstaven \( \eta \).. Dette betyr at det er mindre av den opprinnelige energien i drivstoffet som går tapt til omgivelsene. Energieffektivitet er også en ulempe ved hydrogenbilen. Les mer om dette nedenfor.

Utfordringer med hydrogenbil

• Dyre brenselceller: En utfordring med hydrogenbilen er at det er dyrt å produsere PEM-brenselceller. Det er nødvendig med komponenter som tåler det kjemiske miljøet og derfor er komponentene relativt dyre. I tillegg kan membranen i en brenselcelle lett ødelegges. Du kan lese mer om brenselceller i denne teksten vår.
• Dårlig infrastruktur: Som nevnt er det veldig få hydrogenstasjoner i Norge. Med så få hydrogenstasjoner kan hydrogenbilen være irrelevant for de fleste nordmenn, ettersom de i liten grad har mulighet til å fylle drivstoff på bilen.
• Dyrt å eie: Slik det ser ut i dag er totalkostnaden for å eie hydrogenbil høyere enn andre alternativer. Innkjøpet av bilen er for eksempel vesentlig dyrere enn mange konkurrerende diesel-, bensin- eller batteribiler. Vedlikeholdet av dagens hydrogenbiler er også dyrt. Etter hvert som teknologien utvikler seg, er det derimot forventet at kostnaden reduseres.
• Energieffektivitet: Sammenligner man hydrogenbilen med en vanlig batterielektrisk bil, er hydrogenbilen vesentlig mindre energieffektiv. Dette skyldes blant annet at brenselcellen har en virkningsgradVirkningsgraden til et system er definert som \( \frac{\text{nyttbar energi}}{\text{tilført energi}} \) og betegnes ofte med den greske bokstaven \( \eta \). mellom 40-65%, avhengig av størrelse, under normal drift.
• Lagring av hydrogen: Hydrogen har vesentlig større energitetthetInnhold av energi pr masseenhet eller volumenhet, for eksempel kg eller liter. J/kg og J/l er eksempler, men typiske enheter for batterier er kWh/kg eller kWh/l. enn batterier, men det kreves store volumer for å lagre store nok mengder av gassen. En stor utfordring med hydrogen, spesielt til bruk i personbiler, er det at gassen må “pakkes sammen” slik at det er mulig å få nok drivstoff inn i en bil for tilfredsstillende kjørelengde. Det finnes flere mulige lagringsmetoder, men mange av dem er enten meget energikrevende eller ikke utviklet godt nok til å kunne brukes kommersielt. Du kan lese mer om lagring av hydrogen her.