Hydrogen Safety and Improved Permit Processes, H2SIPP

Projektet studerar hur olika typer av hinder för implementering av vätgas i de nordiska länderna kan övervinnas, med fokus på tillståndsprocesser, acceptans och vätgassäkerhet.

Inom projektet kommer material- och tillförlitlighetsanalyser i form av icke-destruktiv testning att genomföras. Resultaten kommer att ligga till grund för en strategisk plan inom säkerhets- och tillståndsperspektiv för Norden i syfte att behålla ledarskapet och dra fördelar av hittills utvecklad teknik inom vätgas under många år framöver.

Projektet Hydrogen Safety and Improved Permit Processes, H2SIPP har en budget om 18 MSEK och har 14 parter från Sverige, Finland och Norge.

Projektpartners:

Luleå tekniska universitet, Lunds universitet, Aalto Universitet, Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet, Energigas Sverige, Zelk Energy, Skoogs Bränslen, Bodens Utveckling AB, Gällivares näringsliv, SSAB, Gen-H Oy, Hydri, Nordion Energi, AFRY.

Finansiärer

Nordic Energy Research med programmet Nordic Hydrogen Valleys as Energy Hubs, finansierat av Swedish Energy Agency, Business Finland, och Innovation Norway.

Sammanfattning av projektet

Det övergripande målet med detta projekt är att utveckla en strategi för att övervinna barriärer för implementering av vätgas i de nordiska länderna, utifrån ett tillstånds-, säkerhets- och socialt acceptansperspektiv – faktorer som identifierats som nyckelbarriärer i det senaste arbetet. Fokus är att stödja effektivisering av tillståndsprocessen i allmänhet och specifikt för fastställande av säkerhetsavstånd som anses vara en av de stora utmaningarna för en bred implementering av vätgasteknik. Arbetet utförs av forskare inom vätgasimplementering, regelverk och organisation vid LTU i samarbete med vätgassäkerhetsforskare vid LTH, materialexperter vid Aalto University och forskare inom säkerhet vid NTNU. Projektet stöds av aktörer över hela värdekedjan för vätgas, som alla pekar på det akuta behovet av att förbättra tillståndsprocesserna, säkerhetsanalyser och relaterade barriärer som social acceptans. För analysen av tillståndsprocesser för beslutsfattande kommer projektet att förlita sig på skriftligt material, på intressentintervjuer och insamling av nätverksanalyser, hur beslutssystemet för vätgas är organiserat, vilka institutionella utmaningar som involverade aktörer identifierar och vad som krävs för att övervinna dem (när det gäller ny lagstiftning och organisation).

Att jämföra Sverige och Norge, där erfarenheten av gas är mycket annorlunda på grund av offshoreindustrin, kommer i detta avseende att ge värdefulla lärdomar för framtiden. För att förbättra noggrannheten vid bestämning av säkerhetsavstånd, vilket är centralt för lokalisering och layout för ny vätgasinfrastruktur, kommer semiempiriska modeller att utvecklas för säkerhetsavstånd med hänsyn till strålningsegenskaperna hos vätgasflammor, som skiljer sig avsevärt från kolväteflammor.

Dessutom kommer potentialen för spridning av vätgas under jord att analyseras för underjordiska vätgasrörledningar. Allt arbete kommer att ligga till grund för en plan för Norden ur säkerhets- och tillståndsperspektivet, för att behålla täten av utvecklingen och få fördelar många år framåt.

Projektets övergripande målsättningar. I bilden presenteras logotyper för genomförande universitet i Sverige, Finland och Norge, samt finansiären Nordic Energy Research inom programmet Nordic Hydrogen Valleys as Energy Hubs.

Social acceptans, politisk organisation och vätgassäkerhet - var står vi idag? April 2024

Social acceptans och politisk organisation– professor Simon Matti, Statsvetenskap vid Luleå tekniska universitet (april 2024)

Utbyggnaden av vätgassystemet som en central del av industrins gröna omställning och en ökad produktion av fossilfri energi, kräver inte bara nya tekniska lösningar utan också många andra förutsättningar. Implementeringen av ny teknik innebär nya samhälleliga utmaningar vad gäller sådana frågor som acceptans, säkerhet, samt policy- och tillståndsprocesser, vilka i sin tur kan utgöra hinder för implementeringen. Exempelvis finns det idag varken en utbyggd infrastruktur, anpassad lagstiftning eller tillräcklig erfarenhet och kunskap om vad användningen av vätgas innebär hos såväl beslutsfattare som allmänhet. Det saknas helt enkelt nödvändiga samhällsstrukturer och institutioner för en storskalig, effektiv implementering av olika vätgasapplikationer. Samtidigt betonas det från industrin att samhällets processer ofta är för långsamma och att beslut som rör centrala frågor om detaljplaner och miljötillstånd behöver skyndas på. Detta skapar stora utmaningar för såväl det rättsliga som de politiska systemen som i dagsläget inte är anpassade för den nya tekniken, och som dessutom behöver förhålla sig till den sociala acceptansen för en ökad användning av vätgas och de industriella och infrastrukturella konsekvenser detta medför.

Det nuvarande policysystemets kapacitet att inkorporera vätgas som en del av energisystemet innebär att hänsyn måste tas till den passformsproblematik* som kan uppstå när ny policy, för att möjliggöra konstruktionen av produktionsanläggningar och vätgasledningar, möter det redan existerande policylandskapet*. Risken för policykrockar*, särskilt när övergripande strategier omsätts i politisk praktik, är påtaglig. Att införliva vätgas som en nyckelkomponent i energisystemet är dessutom intimt kopplat till bredare frågor om en ökad fossilfri energiproduktion (exempelvis en utbyggnad av vindkraften), vilket ökar komplexiteten än mer. Eftersom policysystemet som omger dessa frågor också innefattar en rad olika aktörer, inom olika policyområden och på olika nivåer – från det nationella ner till lokala aktörer och beslutsfattare – blir också behovet av en tydlig koordinering och koherens* påtagligt. Att hitta sätt för att undvika isolerade beslutsprocesser samt att undvika eller övervinna samordningsexternaliteter* blir därför en nyckelfråga.

Ytterligare en nyckelfråga som behöver uppmärksammas är den sociala acceptansen. Denna inkluderar såväl attityder hos politiska beslutsfattare på lokal och regional nivå, där miljö- och plantillstånd fastställs och markanvändningsförslag utvärderas, relevanta intressenter som mark- och fastighetsägare, rättighetsinnehavare och då inte minst samiska företrädare samt allmänheten. Tidigare forskning inom andra områden visar tydligt att bristen på en utbredd social acceptans utgör ett betydande hinder för implementeringen av såväl nya projekt som policyer. Hur och varför den sociala acceptansen varierar, mellan olika vätgasapplikationer och i olika kontexter, är därför centralt för att bättre förstå på vilket sätt acceptansfrågor kan påverka möjligheterna för implementering av vätgas i energisystemet.

I detta projekt studeras de juridiska och politiska förutsättningarna för implementering och utveckling av olika vätgasapplikationer, såsom tillstånds- och andra beslutsprocesser, koordinering av aktörer, policyer och mål, samt den sociala acceptansen rörande såväl produktionsanläggningar, lagring och vätgasledningar. Projektet inleds med en kartläggning av nuvarande aktörer, beslutsfattare, myndigheter, organisationer och industri, som på olika sätt är relevanta spelare inom vätgas i Sverige, inklusive deras inbördes relationer i form av koordinering och samverkan, samt av de idag aktuella (tillstånds- och besluts-) processerna. Aktörerna och deras relationer kommer att illustreras med hjälp av nätverkskartor. Därefter analyseras aktörernas uppfattningar om behovet av utveckling och förändring av de nuvarande legala- och policy-systemen. Detta, tillsammans med analyser av den sociala acceptansen av såväl nuvarande som framtida vätgassystem som genomförs i form av fokusgrupper/intervjuer samt enkäter, gör att projektet kan lämna skarpa slutsatser i fråga om vilka åtgärder som är nödvändiga för att möjliggöra en storskalig utbyggnad av vätgas som en nyckeldel av ett framtida svenskt energisystem. Lärdomarna från dessa studier kommer också att bidra med kunskap som i många fall har också är relevant för våra nordiska grannländer.

* Ordlista

Policy: beslutade mål, strategier och förhållningssätt. Ofta politiska, men finns även i andra verksamheter.

Policylandskap: den totala mängden policyer som existerar inom ett område (och närliggande områden) vid en given tidpunkt.

Policykrockar: när policyer i policylandskapet uttrycker oförenliga eller motverkande mål och strategier, eller innebär att motverkande styrmedel implementeras.

Koherens: samstämmighet.

Samordningsexternaliteter: kostnader som uppstår när två eller fler aktörer försöker samordna sin verksamhet.

Simon Matti, professor vid Luleå tekniska universitet

Betydande minskningar av skyddsavstånd för vätgasanläggningar

En central fråga vid etablering av nya vätgasanläggningar är hur de kan placeras i förhållande till omgivningen och vilka avstånd som krävs mellan olika delar av anläggningen. Vägledningen kring hur detta ska bestämmas har varit mycket begränsad, vilket har lett till att frågan hanterats olika i olika projekt. Utifrån genomförda installationer kan det konstateras att detta har lett till varierande resultat och därmed olika säkerhetsnivåer. Dessutom har tillståndsprocessen ofta dragit ut på tiden på grund av omfattande dialog mellan installatörer och räddningstjänst.

Energigas Sveriges vägledning för tankstationer, H2-TSA, samt MSB:s planerade föreskrifter för vätgasanläggningar, förväntas leda till en mer effektiv och enhetlig hantering framöver. Det har dock visat sig att det saknas kunskap för att kunna fastställa relevanta skyddsavstånd, vilket har lett till konservativa antaganden från myndigheternas sida – något som försvårar och fördyrar installationer. För vissa tillämpningar, såsom vätgasledningar, saknas idag helt vägledning. Även för storskaliga installationer, där H2-TSA inte ger någon vägledning, är situationen oklar. En nyligen publicerad sammanställning av forskningsbehov inom vätgas- och batterisäkerhet (Runefors, 2024) pekar ut skyddsavstånd som det enskilt viktigaste området för framtida forskning, enligt både forskare och intressenter.

Det forskningsbehov som detta arbetspaket avser att möta handlar delvis om att genomföra experiment för att möta dessa kunskapsbehov, minska skyddsavstånden för vätgasanläggningar utan att tumma på säkerheten, och skapa ett kunskapsunderlag för tillämpningar där vägledning idag saknas.

Särskilt fokus ligger på scenarier kopplade till vätgasledningar. Ett exempel är studier av underjordiska läckage av vätgas, för att undersöka hur gasen transporteras i marken och om det finns risk för ansamling under tjäle eller byggnadsstrukturer. Studier genomförs också av både strålning från vätgasjetlågor och fördröjd antändning av utsläppt vätgas, vilket kan orsaka tryckvågor. Dessa studier, som kombinerar experiment och simuleringar/modellutveckling, utgör ett centralt kunskapsunderlag för utveckling av skyddsavstånd för vätgasledningar.

Efter omfattande dataanalys har en ny modell färdigställts för att beräkna det avstånd vid vilket förbränningsprodukterna från en vätgasjetlåga börjar ”vända uppåt”. Denna vändpunkt markerar övergången från en rörelsedriven jet till ett lyftkraftsdominerat flöde (se Figur 1). Modellen möjliggör betydande minskningar av skyddsavstånden för vätgasanläggningar i enlighet med till exempel svensk vägledning H2-TSA och kommande nationella föreskrifter. En vetenskaplig artikel som beskriver experimenten och modellen är för närvarande under peer review och förväntas publiceras inom kort.

Illustration av den del av utsläppet som domineras av rörelsemängd (jetflöde) och lyftkraft.

Underjordiska utsläpp

En förstudie kring experimentell uppställning för underjordiska vätgasutsläpp har slutförts och skickats in till International Conference on Hydrogen Safety (ICHS) i september. Detta arbete har etablerat tillräcklig experimentell säkerhet för att gå vidare med fullskaliga empiriska studier, som kommer att inkludera:

• En jämförande analys av underjordiska migrationsbeteenden för vätgas och metan
• Utveckling av en valideringsdatabas för modellskalning från laboratorium till verkliga tillämpningar

Simulering av skador på rörledningar

Simuleringar genomförs av stora vätgasutsläpp, baserat på ett typiskt scenario där en grävmaskin skadar en vätgasledning. Detta scenario används exempelvis i Sverige och Storbritannien för att fastställa skyddsavstånd. Simuleringsmodellen har anpassats för att inkludera:

• Övertryckseffekter från fördröjd antändning
• Strålningsvärmeöverföring från vätgasjetlågor

Studier av strålningsvärme

Strålningsvärme från vätgasjetlågor till närliggande objekt studeras också. Den effektiva absorptiviteten – andelen värmestrålning som absorberas – har uppmätts för olika industriella material:

För närvarande undersöks hur luftfuktighet mellan lågan och objektet påverkar strålningsdämpning och spektral förvrängning, vilket kan ha stor betydelse för riskbedömning och materialval i vätgasmiljöer. Detta innebär att beräkningar för vätgasspecifik lågbeteende nu kan utföras. Baserat på molekylfysik är det nu möjligt att exakt förutsäga värmestrålning från vätgasjetlågor och bedöma dess påverkan på omgivningen.

Michael Försth, professor vid LTU, och Marcus Runefors, docent vid LTH, presenterar resultat på Nordic Hydrogen Valley Conference i Luleå, 23 januari 2025

Offentliga evenemang där H2SIPP kommer att presenteras inom kort

• 27–28 aug: CH2ESS Researchers Day, Luleå
• 22–26 sept: International Conference on Hydrogen Safety, Seoul
• 24–25 sept: Förebyggandekonferensen 2025, Karlstad
  

Offentliga evenemang där H2SIPP redan har presenterats

The Nordic Hydrogen Valleys Conference, 22–23 januari 2025

Under konferensen diskuterades många av de hinder som analyseras i det pågående forskningsprojektet Hydrogen Safety and Improved Permit Processes (H2SIPP), såsom skyddsavstånd, tillståndsprocesser och social och politisk acceptans. Några av huvudslutsatserna var:

• Företag kämpar med oklara regler men hittar lösningar.
• Den offentliga acceptansen och engagemanget sätts nu på prov när de första vätgasledningarna planeras i norra Sverige.
• De första experimenten inom projektet har genomförts för att förbättra beräkningsmodellerna för skyddsavstånd.

Länkar till tre specifika presentationer från konferensen med resultat från H2SIPP:

• Hydrogen Safety and Improved Permit Processes (H2SIPP), Cecilia Wallmark, Luleå tekniska universitet
• Progress in safety distance determination for hydrogen installations, Marcus Runefors, Lunds universitet och Michael Försth, Luleå tekniska universitet
• Actors’ views on regulations and permitting: Results from a survey, Oskar Johansson, Luleå tekniska universitet

Offentliga samtal om vätgas från H2SIPP:s partners

• Prof. Michael Försth från LTU förklarar i en YouTube-video att hans forskning fokuserar på att förbättra säkerheten i vätgasinfrastruktur genom att studera två nyckelområden: (1) hur värmestrålning från vätgaslågor påverkar människor, fordon och byggnader, och (2) hur vätgasexplosioner påverkar strukturer internt och externt. Med avancerad modellering och grundläggande vetenskap är målet att skapa träffsäkra säkerhetsriktlinjer som inte är överdrivet konservativa – vilket möjliggör en kostnadseffektiv grön omställning.
• Podcasten Wattsup! – Hydrogen: Shaping a Sustainable Future! med Cecilia Wallmarkinspelad 12 maj 2024.
• Kommentar om vätgasprojekt på Åland av Cecilia Wallmark för lokalradio: två versioner online (2 respektive 10 minuter): Vätgas – Ålands Radio & TV, 13 januari 2025

Nyligen publicerade relaterade rapporter

För mer information om vätgassäkerhet, se:

• Runefors, M. (2024), Perceived research needs for Battery and Hydrogen Safety – A Nordic Perspective, Rapport 7057, Division of Fire Safety Engineering, Lunds universitet

Vid Swedish Hydrogen Conference 2024, inledde Cecilia Wallmark konferensen med att belysa Sveriges aktiviteter inom hela vätgaskedjan. Säkerhetsgruppen vid LTU deltog med en poster om vätgasjetlågor och explosioners påverkan – en del av H2SIPP. läs mer här

Relaterad utbildning vid LTU

• Renewable Hydrogen: Generation, Storage, Transport, and Utilization for Industrial Applications
• Grundläggande vätgassäkerhet | Luleå tekniska universitet
• Läs mer om forskningen kring brand och explosion inom H2SIPP vid LTU

Projektpartners Luleå tekniska universitet (LTU), Lunds universitet (LTH), Aalto Universitet (Aalto), Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet (NTNU), Energigas Sverige, Zelk Energy, Skoogs Bränslen, Bodens Utveckling AB, Gällivares näringsliv, SSAB, Gen-H Oy, Hydri, Nordion Energi, AFRY. Finansiärer: Nordisk Energiforskning med programmet Nordic Hydrogen Valleys as Energy Hubs, finansierat av Energimyndigheten, Business Finland, och Innovation Norway.