Den globala strävan att minska beroendet av fossila bränslen i energisystem har resulterat i att vätgas har börjat användas som en ren, mångsidig och hållbar energibärare som kan minska koldioxidutsläppen i sektorer som tung industri, transport etc. För att åstadkomma denna övergång måste en robust infrastruktur etableras för att underlätta produktion, lagring, distribution och användning av vätgas. I takt med att vätgasinfrastrukturen skalas upp blir det dock avgörande att hantera de tillhörande säkerhetsriskerna för att säkerställa en hållbar och säker integrering i energisystemet. Denna rapport identifierar risker i vätgasinfrastruktur, bedömer tillförlitligheten hos begränsningsstrategier och identifierar forskningsluckor, i syfte att stödja en säker utbyggnad av vätgasinfrastruktur i Sverige. Rapporten undersöker systematiskt säkerhetsutmaningar i hela vätgasens värdekedja.
Vätgasproduktionsmetoder, inklusive elektrolys och ångmetanreformering (SMR), medför risker såsom läckage, högtrycksfel och kemisk exponering, vilket leder till bränder, explosioner och miljöföroreningar. Lagringsmetoder, oavsett om det är som komprimerad gas, kryogen vätska eller i kemiska bärare, medför risker som tankbrott, försprödning, kryogena brännskador och exponering för giftiga kemikalier. Distribution av vätgas via rörledningar, vägar, järnvägar eller fartyg medför faror i samband med höga tryck, kryogena fel, läckage och materialnedbrytning, vilket ökar sannolikheten för bränder eller explosioner. Vid användning står bränsleceller, industriella applikationer och tankstationer inför utmaningar som fel på bränsleceller, övertryck, ofullständig förbränning och elektriska faror. Riskidentifieringen visade att vätgasläckage, övertryck och materialförsprödning är vanliga risker som kvarstår i alla faser, medan explosiva syre-vätgasblandningar, luftkondensation på grund av vätgasens extremt låga temperaturer och toxicitet i materialbaserade bärare är ovanliga.
För att minska dessa risker har olika säkerhetsåtgärder utvärderats, t.ex. läckagedetekteringssystem, automatiska avstängningsventiler, nödventilation och barriärteknik. Detektering av vätgasläckage bygger på olika sensortekniker, inklusive katalytiska partiklar, elektrokemiska, ultraljuds-, halvledar- och nanoplasmoniska sensorer, var och en med styrkor och begränsningar i fråga om noggrannhet, känslighet och miljöanpassning. Automatiska snabbventiler, t.ex. magnetventiler, kulventiler, backventiler, tryckavlastningsventiler och snabbkopplingar, ger snabb inneslutning och flödeskontroll för att förhindra farliga vätgasutsläpp. Deras effektivitet beror på svarstid, hållbarhet och integrering med detekteringssystem. Nödventilationssystem, inklusive naturliga, mekaniska, explosionsklassade, smarta och hybridlösningar, hjälper till att sprida vätgasansamlingar och förhindra explosiva koncentrationer. Smarta system och hybridsystem har dynamiska, energieffektiva kontroller. Barriärsystem, både materialbaserade och fysiska, ger strukturell säkerhet genom att begränsa diffusionen och minska brand- och explosionsriskerna. Avancerade material som keramiska, metalliska, polymerbaserade och kolbaserade beläggningar förbättrar vätgasinneslutningen, medan fysiska barriärer som sprängväggar, brandväggar, explosionsbeständiga kapslingar och lagstadgade separationsavstånd fungerar som kritiska skyddsåtgärder i vätgasinfrastruktur. Även om dessa åtgärder är mycket effektiva krävs ytterligare forskning, teknisk utveckling och tillsyn för att säkerställa långsiktig säkerhet och tillförlitlighet för vätgas.
Rapporten har också sammanställt forskningsluckor som hindrar en säker och effektiv utbyggnad av vätgasinfrastruktur i hela värdekedjan. Viktiga tekniska luckor inkluderar begränsad användning av säkerhetssystem som bygger på sakernas internet (IoT) och artificiell intelligens (AI), digitala tvillingar och cybersäkerhetslösningar. Det finns fortfarande utmaningar med materialens hållbarhet under högt tryck och kryogena förhållanden, särskilt när det gäller väteförsprödning och miljövänliga materials långsiktiga prestanda. Riskbedömningsmodellerna behöver förfinas för att ta hänsyn till vätgasens unika egenskaper, medan verktyg för prediktiv modellering och maskininlärning fortfarande är underutnyttjade inom vätgassäkerhet. Mänskliga faktorer och miljösäkerhet är också otillräckligt utforskade, med begränsade studier av operatörsbeteende, mental prestanda och miljöeffekter av vätgasteknik. Slutligen är nuvarande strategier för brandbekämpning och kontroll av antändning inte tillräckligt anpassade till vätgasspecifika risker. Att överbrygga dessa forskningsluckor är avgörande för att förbättra vätgassäkerheten och främja allmänhetens och industrins förtroende för dess utbredda användning.
Slutligen innehåller rapporten viktiga rekommendationer för att förbättra vätgassäkerheten genom att prioritera kritiska risker, åtgärda forskningsluckor och stärka riskkommunikation och standardisering. Rapporten identifierar vätgasläckage, övertryck och materialförsprödning som akuta riskområden som kräver åtgärder från den akademiska världen, industrin och tillsynsmyndigheter. Rekommendationerna omfattar utveckling av avancerade material, övervakningssystem i realtid och automatiserade säkerhetsmekanismer. Dessutom betonas behovet av forskning inom prediktiv modellering, explosionsbegränsning och mänskliga faktorer inom vätgassäkerhet. Slutligen efterlyses harmoniserade globala säkerhetsstandarder och utbildningsinitiativ för intressenter för att stödja en säker och skalbar utbyggnad av vätgasteknik.