Säker och effektiv vätgasinfrastruktur

Grundläggande och tillämpad forskning används för att möjliggöra en säker och effektiv grön omställning med hjälp av vätgas.

Bakgrund

Trots flera decennier av forskning om vätgasläckor så återstår flera kunskapsluckor.

De mest kritiska kunskapsluckorna gäller vätgasläckor ovan jord. Forskningsfrågorna gäller till stor del termisk strålning, där alltför förenklade modeller används och där skillnaden mellan svartkroppsstrålningen från flammor med kolvätebränslen och det lägre värmeflödet från vätgasflammor, men med mer högenergetiska fotoner, inte beaktats. Detta är av stor betydelse eftersom skademekanismerna skiljer sig exempelvis vad gäller den spektrala absorptiviteten hos olika ytor och strålningstransporten genom fuktig luft.

Tryckvågor från vätgasexplosioner skiljer sig också väsentligt från motsvarande explosioner med kolväten, huvudsakligen på grund av den högre flamhastigheten för vätgasförbränning. Sannolikheten för antändning är också större för vätgas på grund av den lägre energin som krävs för antändning, samt på grund av det breda brännbarhetsområdet. Växelverkan mellan tryckvågor och byggnadsverk behöver förstås i detalj givet karakteristiken hos vätgasexplosioner.

Evidensbaserade säkerhetsavstånd är av kritisk betydelse för en grön omställning med hjälp av vätgas eftersom avstånden påverkar såväl utformandet som placeringen av nya anläggningar. Ju mindre kunskap som finns desto större säkerhetsmarginaler behöver användas, vilket kan leda till ineffektiv och överkonservativ dimensionering. Viss vägledning kan fås från tidigare projekt men bedömningarna måste göras från fall till fall och tillgången till tidigare erfarenhet för varje fall är mycket begränsad. För vätgastillämpningar utgör avsaknaden av ett konsistent regelverk en extra utmaning vilket leder till stor osäkerhet och därmed ökade kostnader vilket kan fördröja eller i värsta fall förhindra investeringar i grön vätgasteknologi. Det finns också ett behov av riktlinjer och taktik för räddningstjänsterna där dagens situation med en hög grad av osäkerhet leder till ett överkonservativt beslutsfattande.

Syfte & Mål

Forskningen kommer att leda till prenormativa resultat inom strålning och tryckvågor från jetflammor och explosioner med vätgas, samt växelverkan med omgivningen, exempelvis människor och byggnadsverk. Resultaten kommer att utgöra basen för utvecklandet av evidensbaserade riktlinjer och regelverk såväl i Sverige som på europeisk nivå, med fokus på möjligheten att påskynda etablerandet av vätgasinfrastruktur med bibehållen säkerhet. Metoderna som används är molekylfysik och kemisk kinetik kombinerat med CFD (computational fluid dynamics) och FEA (finit elementanalys). Förbränning och explosioner modelleras med CFD, med beaktande av vätgasens speciella egenskaper. Påverkan på omgivningen, t.ex. byggnader, modelleras med FEA. Slutmålet är att modellerna används av myndigheter och standardiseringsorganisationer, samt inom pågående projekt, där detaljerad kunskap om vätgassäkerhet möjliggör en ändamålsenlig implementering av projektplanerna.

Fakta

Finansiärer: Tillväxtverket och EU-fonden för rättvis omställning

Forskare: Lucas Andersson, Andrea Correa, Joakim Sandström, Oisik Das, Rhoda Afriyie Mensah och Michael Försth

Läs mer om universitetets vätgassatning Centre for Hydrogen Energy Systems Sweden - CH2ESS här.