Open this publication in new window or tab >>Show others...
2022 (Swedish)Report (Other academic)
Liquid Hydrogen As A Logistic Fuel – A Pre-study
Abstract [sv]
Energibolagen gör stora investeringar för att tillhandahålla infrastruktur för produktion, distribution och tankning av vätgas. Det är därför viktigt att hitta de mest effektiva och genomförbara scenarierna för väte i samhället. Detta innebär att välja mellan värdekedjor för flytande väte (LH2) eller komprimerad vätgas (CGH2) i stegen från produktion till lagring ombord på fordon inom transportsegment, till exempel tunga lastbilar. Under projektet övervägdes också det ännu oetablerade konceptet med kryo-komprimerad vätgas (CcH2). Projektet syftade till att identifiera de kritiska utmaningarna och nuvarande begränsningar som påverkar den utbredda användningen av väte som bränsle för transporttillämpningar. Det har fokuserat på att öka kunskapen om teknologier som kan göra LH2- eller CGH2-infrastruktur och fordonsanvändning effektivare och säkrare, genom att bedöma den aktuella teknikens nivå såväl som mognad samt potential för ny teknik. I detta ingick också ett segment fokuserat på säkerhetsrisker kring alternativen längs de senare delarna av värdekedjan. Projektet som helhet genomfördes som en litteraturstudie. För teknologimognaden i olika delar av värdekedjan har projektet sammanfattat resultaten i ett kategoriseringssystem på mycket hög nivå, se tabell nedan. Definitionerna är huvudsakligen kvalitativa i följande kategorier: • Etablerad (används i större skala, ~TRL 9-10) • Beprövat koncept (demonstranter eller snart det här stadiet, ~TRL 7-8) • Initial design (inga offentliga demonstratorer tillgängliga, ~TRL 3-6) • Osäker tillämplighet (tillämpligheten fastställdes inte i detta arbete) • Ej tillämpbart (Kan inte användas för detta tillstånd av väte) Tabellen ovan ger också en översikt över de segment som ingår i rapporten. I kombination med den tekniska utvärderingen gjordes också en kvalitativ kostnadsanalys av de olika fastillstånden för väte. Här indikeras att även om LH2 har en högre kostnad i den inledande delen av värdekedjan, har den lägre kostnader i slutsegmenten. Därför är det möjligt att slutpriset för användaren blir liknande för både LH2 och CGH2. Hela kostnaden kan jämföras först när LH2 tankstationer och fordon byggs offentligt och kostnadsinformation är tillgänglig. Detsamma gäller för CcH2. Under förstudien för säkerhet, föreskrifter och standarder kom följande slutsats: Ur ett säkerhetsperspektiv finns det inga oöverstigliga barriärer med avseende på användningen av LH2 ombord på tunga vägfordon på medellång sikt, men det finns flera utmaningar att övervinna, inte minst på kort sikt. Inom EU finns regler som tillåter typgodkännande av tunga vägfordon med LH2 lagringssystem. Dessa är dock baserade på arbete som utfördes för 15 - 20 år sedan och är allmänt erkända som i behov av att uppdateras och valideras på samma sätt som CGH2 vägfordonsreglerna har varit. Det finns även en brist på uppdaterade industristandarder för LH2-lagringssystem för vägfordon. En särskild lucka är avsaknaden av en uppdaterad standard som kan refereras till i föreskrifter för munstycket i tanköppningens geometri. För LH2-påfyllningsstationer som helhet finns det dessutom inga lämpliga, uppdaterade internationella standarder, så det finns en risk att enskilda länder ställer sina egna krav. Sammantaget drog projektet slutsatsen att det inte finns några oöverkomliga hinder för implementeringen av LH2. Det är en genomförbar värdekedja ur både teknologiska-, kostnads- och säkerhetsperspektiv. Den kan också i framtiden bli jämförbar med den mer beprövade värdekedjan CGH2, men vissa initiala hinder och investeringar måste övervinnas.
Abstract [en]
Large investments are being made by energy companies to provide hydrogen production, distribution, and refuelling infrastructure. It is hence critical to find hydrogen pathways that are efficient and feasible. This means deciding between the usage of liquid hydrogen (LH2) or compressed hydrogen (CGH2) value-chains from production to storage onboard vehicles in some transport segments such as heavy-duty trucks. During the project the as yet unestablished concept of cryo-compressed hydrogen (CcH2) was also considered. The project aimed at identifying the critical challenges and current limitations that impact the widespread use of hydrogen as a fuel for transport applications. It has focused on increasing the knowledge about technologies that can make LH2 or CGH2 infrastructure and vehicle usage more efficient and safer, by assessing the current state of technology as well as maturity and potential of new technologies. Included in this was also a segment focused on the safety of the different alternatives along the later parts of the value-chain. The project as a whole was conducted as a literature study. For the technology maturity in different parts of the value-chain the project has summarized the results in a very high-level categorisation system, see table below The definitions are mainly qualitatively and show where the technologies are in these categories: • Established (Used on a larger scale, ~TRL 9-10) • Proven concept (Demonstrators or soon reaching this stage, ~TRL 7-8) • Initial design (No public demonstrators available, ~TRL 3-6) • Uncertain applicability (Applicability was not established in this work) • Not applicable (Cannot be used for this state of hydrogen) Technological maturity in the hydrogen value-chain The table above also gives an overview of the segments included in the report. In combination with the technological evaluation a qualitative cost analysis of the different hydrogen storage states was also done. Here it is indicated that though LH2 has a higher cost in the initial part of the value-chain, it has lower costs in the end segments. Therefore, it is possible that the end-price for the user will be similar for both LH2 and CGH2. The full cost can be compared first when LH2 refuelling stations and vehicles are publicly built, and cost information is available. The same is true for CcH2. During the safety, regulations and standards pre-study the following was concluded. From a safety perspective, there are no insurmountable barriers with respect to the use of LH2 on-board heavy-duty road vehicles in the medium term, however, there are several challenges to overcome, not least in the short term. Within the EU there are regulations which allow the type-approval of heavy-duty road vehicles with LH2 storage systems. However, these are based on work undertaken 15 - 20 years ago and are widely acknowledged as in need of being updated and validated in the same way that CGH2 road vehicle regulations have been. Similarly, there is a lack of up-to-date industry standards for road vehicle LH2 storage systems. A particular gap is the absence of an up-to-date standard that can be referenced in regulations for the refuelling receptacle geometry. Additionally, for LH2 refilling stations as a whole there are no suitable, up to date international standards, so there is a risk that individual countries set their own requirements. Overall, the project concluded that there are no show-stoppers for the implementation of LH2. It is a feasible value-chain from both the technology, cost and safety perspective. It could also in the future become comparable with the more proven CGH2 value-chain, but some initial hurdles and investments need to be overcome.
Publisher
p. 84
Series
Energimyndigheten ; 51938-1
Keywords
Liquid hydrogen; Distribution; Production; Vehicles, Refuelling, Safety; Legal requirements; Standards
National Category
Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics
Identifiers
urn:nbn:se:ri:diva-60000 (URN)
Note
Thanks to the Swedish Energy Agency and AB Volvo for the 50/50 funding of this project (1Msek) that has allowed us to develop the understanding of how different states of hydrogen can best be used in the transport sector. Also, thanks to all the participants in the project for a good collaboration and many interesting discussions.
2022-08-262022-08-262023-05-25Bibliographically approved