Säkerhet vid hantering och lagring av vätgas

Introduktion

Väte som industrikemikalie har producerats och använts under lång tid, men användningen av väte som transportbränsle, för energiproduktion och storskalig lagring av väte är nytt. Produktionen och användningen av väte ökar med behovet av koldioxidneutral energi i en accelererande takt världen över. I Finland görs framsteg i planeringen av anläggningar för produktion av vätgas, distributionsnätet och distributionsstationer, och i och med detta har behovet av att samla rutiner och riktlinjer för säker produktion och distribution av väte blivit uppenbart. Denna guide presenterar formerna för produktion, överföring och distribution av väte och säkra lösningar för deras implementering.

Vätgas har ingen egen lagstiftning i Finland, istället betraktas väte som en farlig kemikalie precis som andra brandfarliga gaser, men på grund av vätets speciella egenskaper har det funnits ett behov av att anpassa tolkningarna av lagstiftningen för att passa vätets krav. ekonomi.

På grund av vätgas reaktivitet förekommer inte väte i naturen som ett rent ämne, utan endast som föreningar. Vätets egenskaper orsakar också de största riskerna det medför, det vill säga brand- och explosionsrisker. På grund av sin lilla atomstorlek läcker väte lätt och kan orsaka sprödhet när det tränger in i materialet. Reaktivitet å andra sidan gör att väte bildar en explosiv luft-gasblandning även vid låg koncentration. Antändning är mer sannolikt och tryckeffekterna av explosioner är större jämfört med andra vanliga brandfarliga föreningar.

Syftet med denna guide är att ge grundläggande information om väte och dess speciella egenskaper att beakta vid framställning och användning av väte. Målet är också att förtydliga officiella krav på lokalisering av vätgasanläggningar och distributionsstationer samt att presentera säkerhetsaspekter som ska beaktas vid planeringen. Guiden fokuserar på produktion och användning av väte och t ex transporter och tar inte ställning till dess krav.

1 Väte som kemikalie

Väte är en luktfri och färglös gas som är lättantändlig. Väte är inte giftigt och på grund av dess höga flyktighet och lättare än luft håller det inte länge i vattenmiljön eller orsakar föroreningar i marken eller vattendragen. Men i höga koncentrationer kan vätgas orsaka plötslig kvävning. Väte kan parfymeras, men i praktiken görs det inte, eftersom parfymer ofta skulle behöva avlägsnas som föroreningar när man använder väte. När den kombineras med syre eller luft och antänds frigör blandningen en stor mängd värmeenergi. Eftersom väte är lätt blandas det bra med luft, men det späds också snabbt ut. Som vätska behöver den kylas för att förhindra att den gasas. Kokpunkten för väte är -252,87 °C.
 
Tändenergin som krävs av väte är liten, varför till exempel högtrycksväte kan självantända när det släpps ut. Självantändningstemperaturen för väte är 560 °C. Vid atmosfärstryck är brännbarhetsgränsen för en blandning av väte och luft 4–75 volymprocent . Minsta antändningsenergi för vätgas uppnås med en 30 vol % blandning, med en antändningsenergi på 0,017 mJ . Brännbarhetsgränserna anges som volymprocent , vilket anger mängden brännbart material i gas-luftblandningen. Koncentrationerna ges vid standardtryck och 20 °C temperatur. Under antändningsgränsen är blandningen för mager för att antändas och över den för rik.

Väte är den sk indirekt växthusgas. Väte reagerar mycket känsligt med hydroxylradikaler (OH) i atmosfären. Minskningen av hydroxylradikaler i atmosfären påverkar till exempel metans persistens. En annan konsekvens av att väte reagerar med hydroxylradikaler är att protonen (H) som bildas som reaktionsprodukt reagerar med atmosfäriskt syre och bildar en peroxidradikal (HO₂ ), vilket leder till en ökning av mängden kväveoxider ( NOx ) i atmosfär. Utsläpp av väte till luften ökar därför koncentrationen av metan och kväveoxider i atmosfären och påverkar därmed den globala uppvärmningen.

Molekylstorleken på väte är mycket liten, vilket gör att den kan penetrera även genom små luckor. Detta ökar chanserna för vätgasläckage från skarvarna, vilket till exempel beaktas vid bedömning av sannolikheten för en explosionsrisk. Av samma anledning kan väte penetrera material och orsaka väteförsprödning . Detta händer när väte diffunderar in i materialet och bildar bubblor. Bubblornas tryck på materialets struktur försvagar dess styrka.

Vätgas och naturgas kommer möjligen att användas som alternativa bränslen i framtiden, så det är viktigt att identifiera om kemiska skillnader. Tabellen nedan (Tabell 1.) visar egenskaperna hos vätgas och naturgas (CH₄ ) och deras skillnader.
 

Tabell 1. Jämförelse av egenskaper hos vätgas och naturgas

2 Tillämpningar av väte

Väte kan användas som bränsle i förbränningsmotorer eller bränsleceller, eller det kan användas som energibärare. De största användningsområdena för väte är produktion av metan eller ammoniak ( Haber-Bosch-processen), produktion av olika andra kemikalier och bearbetning av fossila bränslen (hydrokrackning). Dessutom används väte t.ex. vid tillverkning av glas och elektronik och som kylvätska. Väte kan också användas för att producera fossilfritt stål, när järnmalmskoncentrat reduceras med väte.

2.1 Bränslecell

Vätgas kan omvandlas till elektricitet i bränsleceller. Bränsleceller används till exempel som stationära elkällor eller i transportmedel för att generera el till en elmotor. Fördelen med bränsleceller är nollutsläpp och tillförlitlighet, till exempel vid strömavbrott. Reaktionen H2 + ½O2 --> H2O + e- i bränslecellen kräver att en katalysator äger rum. Platina används vanligtvis som katalysator. Det höga priset på katalysatorn ökar kostnaden för bränslecellen avsevärt.

2.2 Vätgasreduktion i stålproduktionen

Väte kan användas i stålproduktion. Inom schaktugnsteknik placeras järnoxidpellets i en 950 graders ugn. Vätgas matas in i ugnen underifrån, som reagerar med syre i malmpelletsen och bildar vattenånga. Den så kallade järnsvampen kommer ut ur ugnen som en produkt. Pelletsen håller formen i ugnen, men de är porösa på grund av syret som har lämnat.

3 Vätgasproduktion

Under normala förhållanden förekommer inte väte som en vätemolekyl utan är bundet till föreningar som vatten och kolväten. Därför, för att kunna använda väte, måste det på något sätt separeras från dessa föreningar. Vätgasproduktion är därför alltid en energikrävande process.

Det finns flera metoder för väteseparering eller produktion. Vid tidpunkten för publiceringen av denna guide är den vanligaste vätgasproduktionsmetoden över hela världen ångreformering. Vid ångreformering framställs väte huvudsakligen från fossil naturgas. Vätgasproduktionen går dock alltmer över till förnybar väteproduktion. Det finns redan många projekt planerade eller under genomförande även i Finland. Förnybar, d.v.s. den sk den viktigaste tekniken vid produktion av grönt väte är nedbrytning av vatten genom elektrolys med el producerad med förnybar energi.

3.1 Elektrolys

Vid elektrolys separeras väte och syre i vatten elektrokemiskt. Processen förbrukar mycket el, vanligtvis i storleksordningen 55 kWh/kg väte. Cirka 30 % av den elektriska energin som används i processen omvandlas till värme. Syret som produceras vid elektrolys av vatten kan användas till fördel i andra industriella processer.

Olika typer av elektrolysörer och de fungerar på olika sätt, till exempel alkalisk elektrolys, protonbytesmembranelektrolys (PEM) och fastoxidelektrolys (SOEC) (Figur 1.). Av dessa är den vanligaste och mest använda tekniken alkalisk elektrolys.

Figur 1. Funktionsprinciper för elektrolytiska celler

Vid alkalisk elektrolys används en alkalisk lösning, vanligtvis kaliumhydroxid, som elektrolyslösning. Mellan metallelektroderna finns ett poröst membran, vars syfte är att förhindra att produktgaserna, väte och syre, blandas. Vid katoden bryts vattenmolekylen ner till vatten och hydroxidjon, hydroxidjonen passerar genom membranet till anoden, där två hydroxidjoner reagerar och bildar syre och vatten. Driftstemperaturen för en alkalisk cell är typiskt 60 till 90 ° C och arbetstrycket är 1 till 30 bar.

Vid protonbytesmembranelektrolys används ett fast protonledande membran av specialplast som elektrolyt. Liksom i den alkaliska elektrolysatorn separerar membranet de producerade produktgaserna från varandra. Anoden och katoden pressas mot membranet eller är integrerade i membranet och bildar en elektrodenhet. Vid anoden bryts vatten ner till syre och protoner (H + ), som rör sig genom membranet till katoden.Vid katoden reagerar protoner med elektroner och bildar vätgas. Driftstemperaturen för en PEM-cell är vanligtvis 50-80 ° C och arbetstrycket 1-30 bar. Vätet som produceras vid PEM-elektrolys är vanligtvis mycket rent ( 99,99% ) utan separat rening.

I en elektrolytisk cell med fast oxid (SOEC) mellan de porösa elektroderna finns en fast jonisk elektriskt ledande elektrolyt. Vid katoden kombineras vatten med elektroner från den externa kretsen för att bilda vätgas och negativt laddade syrejoner. Syrejonerna passerar genom det fasta keramiska elektrolytmembranet och reagerar vid anoden och bildar syrgas och elektroner i den externa kretsen. SOEC-cellen kräver en hög driftstemperatur, typiskt 700-1000 ° C. Att trycksätta SOEC-cellen är mycket utmanande, och som ett resultat är SOEC-cellens driftstryck nära det rådande atmosfärstrycket.

Vid konstruktion och drift av alkali- och PEM-elektrolysatorer måste blandningen av produktgaser, syre och väte och skapandet av brandfarliga gasblandningar i elektrolysutrustningen eller i annan produktgasbehandlingsutrustning och gaslagringsanläggningar beaktas och på ett tillförlitligt sätt förhindras. Möjligheten att blanda produktgaser beror på elektrolysutrustningens utformning och kan till exempel uppstå vid för stor tryckskillnad över elektrolyscellens separationsmembran, skador på separationsmembranet på grund av felaktiga förhållanden eller för låg vätskenivå i vätske-gasseparatorerna i elektrolysutrustningen

3.2 Ånga reformering

Förutom den vanligast använda naturgasen inkluderar råvaror som används vid ångreformering metanol, lättare kolväten och andra syrehaltiga kolväten. Ångreformeringen börjar med att man tar bort svavelföreningar från naturgas. Reformeringsprocessen innefattar två steg; i den första blandas kolvätet med ånga och matas in i en rörformig katalytisk reaktor. Processen ger en väte-kolmonoxidgasblandning och en mindre koncentration av koldioxidgas. I det andra steget, skiftreaktionen, reagerar produktgasen och vattenångan under inverkan av katalysatorn, vilket resulterar i bildning av koldioxid och mer väte. Slutligen separeras koldioxid och andra föroreningar från det producerade vätet i en PSA-enhet (trycksvängadsorption).

3.3 Förgasning

Förgasning är en process där brännbart material delvis oxideras och värms upp. Syntesgas erhålls som en produkt. Till skillnad från de flesta förbränningsbaserade processer fungerar förgasningsprocesser utan överskott av syre. Detta säkerställer en nästan fullständig omvandling av utgångsmaterialet till syntesgas. Förgasning används för att producera väte från kol.

Processen börjar med att man blandar kolhaltigt material (biomassa, kol) och syre, som värms upp till 1800 grader, när kolet förgasas. Syntesgas kyls och renas från föroreningar så att det förutom väte bara är kolmonoxid och koldioxid kvar. Den renade syntesgasen överförs till skiftreaktorn, där ånga blandas med den. I reaktionen oxideras kolmonoxid till koldioxid. Efter detta steg innehåller syntesgasen huvudsakligen väte och koldioxid, som är separerade från varandra.

3.4 Partiell oxidation

Partiell oxidation fungerar som förgasning med en mindre mängd syre än vad som stökiometriskt behövs för full förbränning. Vid partiell oxidation kan väte framställas från tungolja, metan eller biogas. Rent syre används som det huvudsakliga oxidationsmedlet. Partiell oxidation kan göras med eller utan en katalysator.

Partiell oxidation utan katalysator sker vid hög temperatur, vanligtvis runt 1300–1500 grader, med ett tryck på 3–8 MPa. Råvaran förgasas med syre som ger väte, kolmonoxid, koldioxid, vatten och metan. Syntesgas innehåller även svavelföreningar och sot produceras som en biprodukt. Med hjälp av en katalysator kan driftstemperaturen sänkas. I detta fall kan reaktionen ske vid 700–1000 grader.

3.5 Termokemisk nedbrytning av vatten

Termokemisk vattenklyvning anses vara en stark kandidat som en långsiktig och storskalig teknik för väteproduktion. Metoden bygger på upprepade serier av kemiska reaktioner, med hjälp av mellanreaktioner och kemikalier som cirkulerar i processen så att de övergripande reaktionerna balanseras. Termokemisk vattennedbrytning kan ske med hjälp av enbart termisk energi eller så kan en annan extern energikälla användas, i så fall kallas det hybrid termokemisk vattennedbrytning.

3.6 Rening av väte

När väte används som bränsle ställs vissa kvalitetskrav på vätets kvalitet. Internationella standarder (t.ex. ISO 14687) har definierat en omfattande lista över föroreningar och deras högsta tillåtna koncentrationer i väte. I den gasformiga vätgasreningsprocessen avlägsnas föroreningar som vatten, syre, kolmonoxid eller andra gaser från vätgasen. Föroreningar, såsom vattenånga och kolmonoxid, stör driften av bränslecellen, och syre respektive kväve minskar systemets effektivitet.

Vanligt använda metoder för rening av väte är t.ex.

• Pressure swing adsorption (PSA) är en av de mest använda rengöringsmetoderna. PSA-enheten innehåller en behållare fylld med ett specifikt material. När vätgasen strömmar genom tanken adsorberas föroreningar i materialet inuti tanken och den renade vätgasen samlas upp på andra sidan.
• Membranseparation använder vanligtvis ett palladiummembran för att rena väte från föroreningar. Membranet passerar väte, som strömmar genom membranet på grund av tryckskillnaden. Föroreningar passerar inte genom membranet och den renade vätgasen samlas upp på andra sidan av membranet.
• Vid elektrokemisk separation renas väte genom att oxidera väteatomerna på andra sidan av det protonledande membranet till protoner och reducera protonerna som passerade genom membranet tillbaka till väteatomer. Denna separationsprocess främjas elektrokemiskt genom att utnyttja de katalytiska egenskaperna hos membran belagda med palladium eller platina eller deras blandning. Dessa rengöringsmedel är mycket kompakta.
• Destillation använder en destillationskolonn som separerar föroreningar från vätgas baserat på deras kokpunkter. Renad vätgas samlas upp i toppen av kolonnen, medan föroreningar samlas upp i botten.

4 Väteöverföring

Behovet av att lagra och transportera det producerade vätet påverkas till exempel av om produktionen sker i stora centraliserade anläggningar eller i lokala anläggningar med mindre kapacitet nära användningsstället (t.ex. en tankstation). Transportsträckorna för det väte som produceras i centraliserade anläggningar kan vara långa och mängderna som ska överföras stora. Vätgaslagringskapacitet behövs också ofta för att balansera konsumtion och produktionsfluktuationer. Fördelen med lokalt producerat väte är det låga transportbehovet.

4.1 Väteöverföringsrörledning

Vi pratar om väteöverföringsledningar när ledningen går utanför produktionsanläggningarna. Inom produktionsanläggningens område är operatören av produktionsanläggningen ansvarig för rörledningen, men bygglov måste sökas separat från Tukes för transmissionsledningen. En ansvarig person för ledningen ska utses för överföringsledningen som ser till att vid användning av ledningen följs föreskrifter och bygglovsvillkor och fastställda verksamhetsprinciper. Vätgasöverföringsledningen som går utanför anläggningsområdet faller inte under tillämpningsområdet för tryckutrustningsdirektivet (PED).

Transmissionsrörledningen kan löpa till exempel på land, på havets botten eller i luften på en rörbro, och dess tryck kan variera från några bar till dussintals bar. Lagstiftningen definierar inte begreppet distributionsledning för vätgas, det vill säga alla rörledningar utanför anläggningsområdena är överföringsledningar .

Figur 2. Definitioner av rörledningar som går i och utanför produktionsanläggningen

Vätgasöverföringsledningen inspekteras av ett nationellt inspektionsinstitut som godkänts av Tukes innan rörledningen tas i drift och periodvis därefter. Ett lämpligt inspektionsintervall för väteöverföringsrörledningar är 5 år. Tukes kan ge operatören tillstånd att själv övervaka tillståndet på sina rörledningar istället för inspektionsorganet. Detta kräver att operatörens eget kontrollsystem motsvarar säkerhetsnivån för periodiska kontroller.

Väteöverföringsrörledningen använder kolstål med en hållfasthetsklass SFS-EN ISO 3183 L360 eller API 5L Betyg X52 motsvarande eller lägre. Dessa kolstålsorter har en relativt låg sträckgräns, vilket ger motstånd mot väteförsprödning och andra spröda brottmekanismer.

Vätgasrör bör i första hand vara sömlösa eller, om det inte är möjligt, längssvetsade. Spiralsvetsade rör som används i naturgasledningar rekommenderas inte för vätgasanvändning, för då ökar antalet svetsfogar och därmed eventuella läckagepunkter. I väteöverföringsrörledningar bör fogar i första hand svetsas (istället för gängade och flänsade fogar) för att minimera eventuella läckagepunkter. I underjordiska rörledningar ska fogar svetsas. 100 % av svetssömmarna som görs både under rörledningstillverkning och installation inspekteras volymetriskt (RT/UT).

4.2 Överföring av vätgas i containrar/släpvagnar/flaskor

Gasformigt och flytande väte kan transporteras med lastbilar, tåg och fartyg. Gasformigt väte kan transporteras och lagras som gas i gasflaskor eller rörsläp. Tankarnas tryck är 180 till 640 bar. Beroende på tanktyp kan lastbilstrailern lastas med 380 till 900 kg vätgas på flaskor, den typiska vätgastransportvolymen för en rörtrailer är 400 kg. Större kvantiteter kräver lättare kompositbehållare. Transport av flytande väte kräver en kryogentank. 300-4000 kg flytande väte kan flyttas i en tank åt gången.

5 Vätgaslagring

Lagring av väte är utmanande på grund av dess egenskaper. Under normala förhållanden är väte gasformigt och dess energitäthet är endast 3 Wh/ Nl . Vid normalt lufttryck och temperatur kräver 1 kg vätgas en lagringsvolym på 11 m³. Det är därför storskalig vätelagring kräver en hög lagringstäthet för att vara meningsfull. Lagringsformer för väte kan delas in i fysiska och kemiska lager.

Fysiska lagringsformer inkluderar komprimerad gas, flytande väte, trycksatt flytande väte och vätebränsle. Vetysohjo är en blandning av flytande och fast väte vid trippelpunkten för väte. Vätgaskontroll används främst för lagring av bränsle i rymdskepp, så det behandlas inte mer i detalj i denna guide.

Kemiska lagringsformer av väte inkluderar olika hydrider (metall-, komplex-, kemiska och övergångsmetallkomplex), adsorption, flytande organiska bärare (t.ex. bensen /cyklohexan, cykloheptatrien/cykloheptan) , reformerade organiska bränslen (t.ex. metan, ammoniak). Den lämpligaste lagringsformen beror på vad vätgasen ska användas till, det vill säga vad är kraven på vätgastransport, renhet, lagringskapacitet, lagringstid och hur snabbt vätet ska användas.

5.1 Gasformigt väte

Det mest använda sättet att lagra väte är lagring som en trycksatt gas. Vanligtvis är lagringstrycket 200-700 bar. Gasformiga vätgastankar är därför tryckbärande anordningar och omfattas av lagstiftningen om tryckbärande anordningar.

Den trycksatta vätgastanken består av ett vätetätt inre skikt som hindrar vätgas från att komma ut. Det inre skiktet kan vara metall, tät polymer eller komposit. Utanför det inre skiktet finns ett trycktåligt skikt, som ofta också fungerar som ett värmeisolerande skikt. Det yttre skalet kan vara tillverkat av metall eller kolfiber.

Vätgastankar och flaskor är indelade i fyra olika typer:

• Typ I -tankar är helt av metall, vanligtvis gjorda av stål eller aluminium. Typ I-tanken har inget separat yttre skal, så tillverkningen är relativt enkel. Den enkla designen gör också tankar av typ I relativt billiga att tillverka. Det maximala trycket för metalltankar är cirka 200 bar. Typ I tankar är tunga och lämpar sig mest för industri eller andra stationära applikationer.
• Typ II -behållare är vanligtvis aluminiumcylindrar med trådar gjorda av glasfiber, aromatisk polyamid eller kolfiber lindade runt utsidan. Syftet med trådarna är att stärka väggens struktur, så det inre skalet kan göras av ett tunnare metallskikt. Detta minskar tankens vikt. Maxtrycken för typ II-tankar är ca 260 bar för aluminium-glasfiberstrukturen och 300 bar för stål-kolfiberstrukturen.
• Vätgastankar av typ III är gjorda av kompositmaterial som glasfiber och aromatisk polymer eller kolfiber. Inuti tanken finns en mycket tunn aluminium- eller stålbeläggning. Tankens tryckmotstånd baseras helt på materialet i det yttre skalet. Maxtrycken för typ III-tankar är ca 300 bar för aluminium-glasfiberkonstruktion, ca 430 bar för aluminiumaromatisk polymerkonstruktion och 700 bar för stål-kolfiberkonstruktion.
• Vätgastankar av typ IV är konstruerat av kompositmaterial. Det yttre skalet är gjort av en blandning av kolfiber och termoplast, den inre ytan har vanligtvis ett polymerskikt ( liner ) . Typ IV-tankar är cirka 70 % lättare än typ I-tankar. Tankar av typ IV används särskilt i mobila och flygtekniska tillämpningar, där tankens låga vikt är särskilt viktig. Typ IV-tankar är mycket dyrare att tillverka än andra tanktyper.

Tankarna kan förvaras ovan jord eller täckas med jord. Tankar ovan jord utsätts för väder, fysiska skador och kräver utrymme. Vid väderskydd av vätgastankar ska man ta hänsyn till att vätgas inte får samlas under kapellet vid läckage. Tankar täckta med jord är svåra att inspektera och utsatta för korrosion, det är också svårt att upptäcka läckor från tankar täckta med jord.

5.2 Flytande väte

Flytande väte används inom rymdteknik och speciellt vid lagring av stora mängder väte. Flytande väte används också i vissa mobila och flygtekniska tillämpningar.

Fördelarna med lagring av flytande väte är utrymmesbesparing, hög renhetsgrad av vätgas och möjlighet till lågtryckslagring. Flytande väte lagras vanligtvis vid ett tryck på mindre än 5 bar. Nackdelar med lagring av flytande väte är hög energiförbrukning, vätgasläckor orsakade av förångning av flytande väte (avkokning) och speciella krav på tankmaterial. För kondensering av väte krävs komplex utrustning inklusive kompression, kylning och gasåtervinning.

Lagringstanken för flytande väte och tillhörande utrustning (rör, ventiler...) måste tåla en stor temperaturskillnad (flytande väte -253 C, miljön kan vara +30 C) och termisk expansion och sammandragning på grund av temperaturskillnader. Den låga temperaturen hos flytande väte gör många material spröda, och på grund av den lilla storleken på vätemolekylen penetrerar den lätt många material. Dessutom bör isbildning undvikas, eftersom det ökar materialens sprödhet. Flytande väte orsakar inte korrosion.

En betydande utmaning och riskfaktor vid lagring av flytande väte är den så kallade avkokningsfenomenet, det vill säga förångningen av flytande väte. Avkokning orsakar två typer av förluster i systemet; energin som används för att göra vätgas flytande går till spillo och det förångade vätet går förlorat genom avgasröret. Avdunstning kan ske genom många olika mekanismer och dess mängd är direkt korrelerad till storleken, formen, isoleringen och isomera former av väte som är karakteristiska för behållaren. Avkokningsfenomenet kan orsakas av den ömsesidiga variationen av väteisomerer, värmeöverföring från omgivningen, temperaturökningen i tanken orsakad av stänk av väte inuti tanken och på grund av tryckskillnaden som orsakas av skiktning av vätska och gasformigt väte. En tryckskillnad kan även uppstå när kall flytande väte fylls på i tanken, varvid mättnadstrycket kan stiga över tankens maximala drifttryck. Avkokningsfenomenet kan inte helt förhindras, men med en effektiv tanklösning kan avkokningen begränsas till 0,1 % per dag. På grund av avkokning, vid vägtransport, får fyllnadsmängden för transporttanken för flytande väte inte överstiga 85 % av den maximala volymen.

Flytande väte lagras i en dubbelmantlad, vakuumisolerad tank. Förutom vakuumet installeras flerskiktsisolering som glasfiber, aluminiumfilmer och polymerplåtar mellan den inre och yttre tanken. Tanken är vanligtvis gjord av en lätt stållegering. På grund av avkokningsfenomenet måste tanken vara utrustad med en säkerhetsventil och ett avkokningssystem. Bucklor i tankväggen kan orsaka vakuumförlust och därmed en ökning av temperatur och tryck i tanken. Behållaren med flytande väte bör därför vara utrustad med kollisionsbarriärer för att förhindra kollisioner. Isbildning på tankarmaturer (t.ex. ventiler) bör också undvikas, eftersom det kan orsaka för högt yttre tryck som kan leda till att tanken går sönder.

När man laddar flytande väte och fyller tanken måste rören rengöras med en inert gas (helium eller kväve) för att förhindra en brandfarlig luft-väteblandning. Tändningsgränsen för väte vid ett tryck på 1 bar och en temperatur på 25 C är mellan 4 och 75 volymprocent. Den minimala antändningsenergin för väte är mycket låg jämfört med andra bränslen (0,017 mJ ) och den har en låg elektrisk ledningsförmåga, vilket kan leda till generering av statisk elektricitet och gnistor som orsakar brand, till exempel i rörflöden. Av dessa skäl är isolering av antändningskällor och jordning vid vätebearbetningsplatser viktigt.

Problemet med utrustning för flytande väte är kondensationen av syre och luft på ytorna . Vid lagring av flytande väte måste även beaktas att vid fasbytet från flytande väte till gasformigt väte ökar volymen väte ca 800 gånger.

5.3 Trycksatt flytande väte

Trycksatt flytande väte lagras vid ett tryck högre än den kritiska punkten för väte (> 35 MPa). Fördelen med trycksatt flytande väte är den höga lagringstätheten (=mindre utrymmesbehov) och det faktum att ingen fasförändring (avdunstning) sker under lagring och tryckstegringen är långsammare än vid flytande väte. Dessutom finns det färre avkokningsförluster än i flytande väte. Nackdelar med lagring av flytande väte under tryck är det höga energibehovet (komprimering och kylning), utmaningar för lagringsmaterialet (kyl- och tryckbeständighet) och att en förändring av omgivningstemperaturen lättare kan leda till förångning än med flytande väte. I detta fall kommer vätgas ut från lagret genom tryckreduktionsventilen.

5.4 Hydrider

Väte kan lagras som metall, komplex, övergångsmetall och kemiska hydrider. Fördelen med hydrider är ett relativt lågt temperaturområde, lagringssäkerhet och stabilitet. Nackdelar inkluderar lagringskapacitet, begränsad reversibilitet mellan hydridbildning och sönderdelning och termisk kontroll. Hydrider kräver värme för att avlägsna vätet. Dessutom har hydrider termodynamiska och kinetiska begränsningar för vätelagring och frisättning, och hydridereaktionen kan bilda brandfarliga biprodukter.

5.5 Andra vätebärare

Utöver ovanstående kan väte lagras i organiska vätebärare, adsorberas eller sk i reformerade bränslen.

Organiska vätebärare är vätskor som kan lagra väte reversibelt. Exempel på sådana vätskor är bensen/cyklohexan och cykloheptatrien/cykloheptan. I flytande, organiska vätebärare lagras väte vid rumstemperatur och tryck. Istället kräver bindning och frisättning av väte en temperatur på 200 till 350 C. Deras nackdel är den låga vätelagringstätheten och det höga energibehovet för vätefrigöring och behovet av att rengöra bäraren.

Adsorberat väte lagras genom att fysiskt binda det till ett material med stor yta.

Reformerade bränslen omfattar t.ex. metanol och ammoniak. Problemet med dessa är att de ofta kräver en kolkälla. Ammoniak anses vara en lovande vätebärare, men dess utmaning är det höga energibehovet under syntes, ammoniakens toxicitet och kväveoxiderna som produceras vid förbränning.

Organiska vätskor och reformerade bränslen diskuteras i Tukes guide Lagring av farliga kemikalier (på finska), så de diskuteras inte mer i detalj i denna guide.

6 Fylla vätgasflaskor och behållare

Vätgastransportbehållare, flaskslingor och enskilda flaskor fylls för det mesta med hjälp av en kompressor. Med en kompressor höjs vätgastrycket till ett tryck som är lämpligt för användningsändamålet och typen av flaska.

Utrustning för vätgastappning säljs av flera olika utrustningstillverkare. Påfyllningsenheten för enskilda flaskor kan vara en manuell påfyllningspunkt för en flaska eller en helautomatisk påfyllningskarusell.

Speciella påfyllningshuvuden används för att fylla flaskor och flaskvärmare. Att fästa påfyllningshuvudena på flaskorna och flaskelementen och manövrera ventilerna kan göras manuellt eller med hjälp av automatisering.

Ett annat alternativ för att fylla vätgasflaskor är den så kallade kaskadfyllning, där mindre flaskor (t.ex. 10 l) fylls från större (t.ex. 100 l) utan kompressor. Stora flaskor kan fyllas på plats med kompressor eller utbytbara flaskor kan användas. Vid kaskadfyllning strömmar högtrycksgas in i en tom flaska med lägre tryck tills det inte längre finns någon tryckskillnad mellan flaskorna.

Eftersom väte är en lätt gas, samlas små läckor i ett känsligt slutet utrymme i taket. Av denna anledning måste man se till att ventilera utfyllnadsytan och undvika urtag i taklinjen. Dessutom ska vätgashanteringsanläggningarna ha vätgasdetektorer.

7 Vätgasdistributionsstationer

Att tanka ett bränslecellsfordon med gasformigt väte baseras på en tryckskillnad. I tankarna på tankstationen lagras vätgas under högt tryck och vid tankning överförs vätgasen till fordonets vätgastank, där trycknivån är lägre, med hjälp av tryckskillnaden. Vätgastankstationen (Figur 3 och 4) består av vätgaslagringstankar, kompressorer, ett förkylningssystem och en vätgasdispenser. 

Figur 3. Observationsbild av tankstationen; lagringstankar (1) kompressor (2A), högtryckslagring (2B), förkylningssystem (2C), vätgaspåfyllningspunkt (3)

Ett förkylningssystem behövs eftersom temperaturen på vätgasen ökar vid tankning med högtrycksväte. Utan kylning kan temperaturen i fordonets vätgastank bli för hög, skada tanken och orsaka läckor. Vid snabb tankning måste det finnas en kommunikationslänk mellan fordonet och tankstationen. Om temperaturen i fordonets ackumulatortank stiger för mycket måste tankningshastigheten begränsas.

Figur 4. Diagram över tankstationen

Utöver dessa har tankstationen utrustning relaterad till överföring av väte, som säkerställer dess renhet och kontrollerar doseringen. Komponenterna och systemen relaterade till mätningar (temperatur, tryck, flöde) och justeringar är också nödvändiga för driften av stationen och framgången med tankning. För att säkerställa säkerheten har stationen säkerhetsautomation och skyddssystem.

Tankningshändelsen och bytet av lagringsbehållaren är kritiska faktorer för distributionsstationens säkerhet och de mest sannolika orsakerna till läckage. Konsumenternas verksamhet ökar risken vid distributionsstationer. Olyckor kan inträffa på bensinstationer när föraren glömmer att fästa bränsleslangen på bilen under körning. Denna situation förhindras av t ex infraröd kommunikation mellan bilen och tankstationen, i vilket fall bilen inte startar eller rör sig när slangen är stängd, d.v.s. tankning pågår fortfarande. Hur denna försiktighetsåtgärd fungerar i praktiken beror på bilmodellen. Det finns även en slangbrottsventil som stänger av gastillförseln när tankningsslangen går sönder.

Det är också viktigt att säkerställa gasslangarnas skick. Fördelningsmätarens gasslangar måste vara av lämplig längd och utformade för användningsändamål (lämpliga för vätgas, trycket som ska användas och temperaturen upp till -40°C). Automatiseringen av distributionsstationen ska säkerställa tätheten i tankningsslangen innan själva tankningen påbörjas.

Vätgastankstationen ska ha ett temperaturkompenserat påfyllningssystem, vars uppgift är att säkerställa att trycket i gastankarna på gasfordon inte under några omständigheter överstiger det tillåtna trycket.

Permanent installerade trycksatta gaslager (buffertlager) ska tillverkas i enlighet med tryckutrustningsdirektivet 2014/68/EU med CE-märkning.

Taket på distributionsstationen är utformat för att undvika fördjupningar eller andra strukturer där läckt väte kan samlas.

8 Placering av väteproduktionsanläggningar, lager och distributionsstationer

Rätt placering av föremål som hanterar vätgas syftar till att undvika effekterna av olyckor på verksamheten kring föremålet. Med hjälp av riskbedömning identifieras olyckorna med de mest betydande konsekvenserna, vars påverkansområde utvärderas med hjälp av konsekvensanalys. Utöver effekterna bedöms sannolikheten för olyckor. Enligt kemikaliesäkerhetslagstiftningen behöver osannolika olyckor inte beaktas vid bestämning av skyddsavstånden för produktionsanläggningens placering. I detta fall måste dock operatören kunna visa att olyckan i fråga är tillräckligt osannolik för att kunna ignoreras vid bedömningen av investeringens säkerhet.

Vid placering av vätgasproduktionsanläggningar och distributionsstationer i förhållande till externa destinationer, s.k känsliga platser, som vårdhem, skolor, daghem, köpcentrum etc. Kriterierna för tryck, värme och hälsoeffekter av att placera produktionsanläggningar och distributionsstationer presenteras i Tukes guide Placering av produktionsanläggningar. Den ömsesidiga placeringen av funktioner i anläggnings- eller distributionsstationsområdet utvärderas enligt samma principer.

Konsekvenserna av en väteolycka bedöms genom att modellera olika läckage- och antändningsscenarier. Modelleringsmetoder kan grovt delas in i analytiska och CFD (Computational Fluid Dynamics) metoder. Analytiska metoder använder ett mindre antal variabler än CFD för att få ett modelleringsresultat och ger därför grovare svar. Detta kan dock vara tillräcklig noggrannhet längre bort från läckpunkten. Ett mer exakt resultat kan erhållas med CFD-modellering, som tar hänsyn till omgivningens geometri och utnyttjar kemikaliers egenskaper och de beräkningar som görs utifrån dem. Nära antändningspunkten erhålls den mest tillförlitliga modelleringen med CFD-modellering. Detta möjliggör den mest tillförlitliga bedömningen av placeringen av funktioner i produktionsanläggningens område.

En analytisk modelleringsmetod är tillräcklig för att utvärdera placeringen av hela produktionsanläggningen, vars noggrannhet är tillräcklig för att utvärdera konsekvenserna av olyckor som sträcker sig utanför anläggningsområdet. Vid modellering ska det säkerställas att det aktuella programmet lämpar sig för att modellera väteolyckor och att modelleraren har tillräcklig kompetens inom vätgasmodellering.

8.1 Olyckor som ska beaktas vid lokalisering av produktionsanläggningen

För att säkerställa säker placering utvärderar operatören konsekvenserna av de olycksscenarier han identifierat med hjälp av konsekvensanalys (modellering). Resultaten av modelleringen påverkas i allt väsentligt av de indata som används och dessa bör också presenteras i rapporteringen av modelleringen. Modelleringsresultaten visar åtminstone initialdata

• läckagehålets storlek
• rördiameter
• applicerat tryck
• massa av läckt väte
• läckagetid
• läckagehöjd
• barriärdensitet
• Om det inte anses möjligt att bryta röret måste du kunna motivera det

Brusningen av vätgasröret modelleras, men dess resultat behöver inte beaktas vid placering av vätgasanläggningen, om operatören kan påvisa att rörets brott är extremt osannolikt. Vid bedömning av sannolikheten för att röret går sönder, t.ex. antalet vätgasledningar och deras anslutningar, placeringen av rörledningarna och farorna för rörledningarna från annan verksamhet vid anläggningen eller tankstationen.

Ett olycksscenario väljs även ut för modellering, där storleken på vätgasrörets läcköppning är 10 % av rörets tvärsnittsarea. Läckagetiden beror på vilka säkerhetsarrangemang som används, och driftsäkerheten för detta måste backas upp på ett trovärdigt sätt.

För att bedöma konsekvenserna av olyckan modelleras en läcka från röret med störst tvärsnittsarea och från röret med högst tryck. Rangordningen tar hänsyn till ett scenario som är större än dessa vad gäller dess påverkansområde.

Om vätgasflaskbehållare fylls på produktionsanläggningen väljs även olycksscenariot en trasig slang eller lossning av slangen som används för att fylla vätgasflaskbehållaren. Scenariot tar hänsyn till tillförlitligheten och drifttiden för läckagestoppsystemet.

Andra konsekvenser av de olycksscenarier som identifierats i riskbedömningen ska också bedömas, t ex ansamling av väteläckage och väteexplosion i kompressorrummets inre, läckage vid byte av behållare eller brott/läckage av en flaska inuti transportbehållaren.

Du bör få modelleringsresultaten

• längden på injektionslågan och den termiska effekten som orsakas av den
• storleken på ett icke brandfarligt, men brandfarligt vätemoln i koncentration
• termiska effekter och tryckeffekter av en explosion (VCE eller Jet explosion).

Vätgasanläggningen eller distributionsstationen får inte placeras under luftledningar. Dessutom, i sidled, utvärderas avståndet utifrån konsekvenserna av en eventuell olycka.

8.1.1 Olyckor som ska beaktas vid placering av distributionsstationen

Vid placering av en vätgasdistributionsstation beaktas samma saker som vid placering av en vätgasproduktionsanläggning.

Även vätgasdistributionsstationens placering beaktas

• placering i förhållande till distributionsstationens kundbyggnader (mackbutik eller café, biltvätt, bilverkstad etc.)
• placering av utrustning i förhållande till varandra i området för distributionsstationen

Ett relativt litet explosionstryck kan orsaka skador på byggnader och det är särskilt farligt att kollapsa takkonstruktioner. Detta kan utgöra en fara för de som handlar i stora butiks- och cafébyggnader vid transportstationer.

Utöver produktionsanläggningens olycksscenarier modelleras frånkopplingen av tankningsslangen som ett olycksscenario vid distributionsstationen.

I detta scenario som beskriver hela slangen som lossnar, är startinformationen

• trycket som används vid stationen
• slangstorlek
• svarstid för slangbrottsventil.

8.1.2 Placering av vätgasutrustning och funktioner i produktionsanläggningen och distributionsstationsområdet

Förutom vätgasproduktion eller tankning sker nästan alltid andra aktiviteter inom produktionsanläggningen och distributionsstationsområdet. Vid bestämning av den inbördes placeringen av dessa följs i allmänhet samma principer som för placeringen av hela anläggningen och samma scenarier används som utgångsdata för modelleringen. De personer som arbetar i produktionsanläggningens område har blivit bekanta med de faror som operationen orsakar. Därför kan en något högre risk accepteras i de funktioner som hör till anläggningen än om konsekvenserna av olyckan skulle drabba funktioner eller personer utanför anläggningen.

Verksamheten och deras placering planeras så att spridning av olyckor från en struktur eller verksamhet till en annan kan förhindras och att effekterna av olyckor kvarstår på ett så litet område som möjligt. I det här fallet ska man ta hänsyn till de faror för annan verksamhet som lagring och användning av väte förorsakar, men även de faror för vätelagring som andra verksamheter medför, till exempel tankning av flytande bränsle. Utmatningsstationer med flera bränslen innebär speciella utmaningar. Dessa ska ta hänsyn till såväl distributionsplatserna för olika bränslen som laddplatserna för elbilar och macken/cafébyggnaden.

Effekterna av olyckor utvärderas genom att modellera värme- och tryckeffekter. Det kan vara begränsat med utrymme i anläggnings- eller distributionsstationsområdet, då kan det finnas behov av att begränsa värme- och tryckeffekter med t ex en skyddsvägg. I detta fall måste dock andra effekter av väggen också beaktas, såsom reflektion och intensifiering av tryckvågen, ackumulering av väte bakom väggen eller ökningen av obstruktion (och därmed virvel) tillsammans med vägg.

Placeringen av de olika byggnadernas luftintag ska också beaktas vid placeringen av funktionerna. Potentiella läckagekällor för vätgas placeras tillräckligt långt från ovannämnda öppningar så att väte inte går in i en annan byggnad genom luftintagsöppningarna.

Vid placering av vätgaskonstruktioner kontrolleras även att träd, elstolpar eller andra höga konstruktioner inte kan falla ner på dem samt att utomhuslampor eller liknande lösa föremål inte kan falla. Vid placering av vätgastankar eller vätgasutrustning minskar risken för att fordon ska kollidera med dem, till exempel genom att använda krockskydd. Undvik dessutom att placera utrustning eller containrar i vägkurvor, under backar eller på andra ställen som är utsatta för kollisioner.

En intern explosion av ett kompressorrum eller flaskförvaring placerad i en container orsakar en tryckvåg och utsläpp från de trasiga strukturerna. Avlastningen av konstruktionerna eller explosionsskyddsluckornas utsläppsriktning är planerad på ett sådant sätt att tryckvågen och utkastningarna riktas i en säker riktning. Om den lättade strukturen är taket på containern, bör taket vara snedställt (ett så kallat pulpittak), vilket förhindrar ansamling av snö och is på taket och leder väteläckaget inåt att lämna den högsta delen av taket . För detta läggs en ventilationsöppning med ett galler under takfoten.

 Figur 5. En byggad avsedd för hantering och lagring av väte.

Obehörig åtkomst till vätgaslagringsplatsen och kompressorbehållaren måste förhindras. De ska vara försedda med låsbar kapsling med rörelse- eller kontaktsensor och obemannade bensinstationer har även kameraövervakning. Vätgasutrustning och ledningar ska vara försedda med påkörningsbarriärer. För att förhindra yttre påverkan måste vätgasledningarna från flaskmagasinet till tankstället installeras under jord.  

Verksamhetens placering i förhållande till varandra regleras utöver kemikaliesäkerhetslagstiftningen, bl.a. inom elsäkerhet och bygglagstiftning.

8.2 Zonindelningens effekt på investeringen

Vid lokalisering av en väteproduktionsanläggning bedöms anläggningens lämplighet för den planerade platsen, precis som vilken annan kemisk anläggning som helst. Vid övervägande av investeringen måste det säkerställas att den gällande planen för den aktuella tomten tillåter placering av den kemiska anläggningen. Tukes rekommenderar beteckningen T/ kem för tomter där en storskalig kemisk anläggning ska ligga, men även andra beteckningar kan vara möjliga. När det gäller en vätgasanläggning är andra möjliga formelmärkningar t ex T (Industri- och lagerområde), TT (Område för industriell verksamhet med betydande miljöpåverkan) och EN (Energiförsörjningsområde).

En annan formel är också möjlig, om

• formelbestämmelserna tillåter det
• kommunen stödjer satsningen till tomten
• den planerade användningen av omgivande tomter äventyras inte
• konsekvenserna av olyckor är begränsade till anläggningens område

Utöver vätgasverkets tomt ska hänsyn tas till planmarkeringarna för de omgivande tomterna. Vätgasverket som ska byggas får inte begränsa användningen av de omgivande tomterna som anges i planen. Utöver formeln utvärderas alltid riskerna för olyckor orsakade av anläggningen, så endast formelns lämplighet för vätgasanläggningen säkerställer inte placering på den avsedda platsen.

När man lokaliserar en väteproduktionsanläggning är de viktigaste sakerna att tänka på vätgastrycket och lagringsvolymen och de resulterande olycksriskerna. Möjligheten för vätgasläcka och tryck- och värmestrålningseffekter orsakade av antändning utvärderas som ett olycksscenario. Konsekvenserna av en vätgasantändning påverkas av mängden vätgas som läckt ut, tiden då läckan antändes och om vätgasen läckt ut i ett öppet utrymme eller ett slutet utrymme.

Vätgasproducerande elektrolysörer är också designade för att placeras till havs på plattformar byggda vid foten av vindkraftstorn. I detta fall leds vätet till fastlandet via en undervattensrörledning. I en sådan decentraliserad investeringsmodell är mängden väte i produktionsanläggningen mycket liten.

För små föremål kan formelmärkningen variera, t ex för vätedistributionsstationer, en formelmärkning som passar även för andra distributionsstationer. Driften av distributionsstationen får inte stå i strid med tomtens planbestämmelser och den får inte begränsa den planerade användningen av omgivande tomter.

Placeringen av kemiska anläggningar och hänsyn till olycksrisker beskrivs i Tukes guide, Placering av produktionsanläggningar.

8.3 Placeringsplan för trycksatt vätgasutrustning

Vätgasutrustning och tankar är tryckbärande anordningar, vars säkerhet bedöms av antingen Tukes eller en inspektionsmyndighet. Planen för placering av tryckanordningen kontrolleras av kontrollorganet. En investeringsplan krävs t.ex. för en tryckanordning som för sitt ändamål är placerad i inomhusutrymmen, allmänna utrymmen eller i omedelbar närhet av en allmän gångväg och som är

• produkten av värdena för högsta tillåtna drifttryck och volym är mer än 10 000 bar x liter eller
• transportabel tryckutrustning eller kombination av gasflaskor med en volym på mer än 450 liter eller
• rörledning som innehåller väte om dess storlek är större än DN 50.

Utarbetande av en separat investeringsplan krävs inte om Tukes har kontrollerat säkerheten vid placeringen av tryckbärande anordningar i sitt tillståndsförfarande i enlighet med kemikaliesäkerhetslagen eller naturgasförordningen. Anläggningen kan ha tryckbärande anordningar som kräver en placeringsplan, även om den har ett kemikaliesäkerhetstillstånd utfärdat av Tukes, om Tukes inte har godkänt placeringen av all tryckbärande anordning i sitt tillståndsbeslut. En investeringsplan ska upprättas för tryckbärande anordningar på distributionsstationer med tillstånd av Räddningstjänsten.

9 Saker att tänka på när du planerar vätebearbetning

9.1 Material

Anläggningar för produktion och lagring av väte är gjorda av obrännbart material. Om syftet med konstruktionerna är att skydda vätgasutrustning från till exempel en yttre brand eller att minska skyddsavståndet till externa föremål, måste konstruktionernas varaktighet i en brand definieras i enlighet med detta mål.

Väte orsakar utmaningar för materialval främst på två sätt;

• penetration genom materialet som orsakar direkt läckage genom strukturen
• reaktion med materialet, vilket orsakar förändringar av materialets egenskaper och därigenom försvagar strukturen

Materialets lämplighet för användning med väte påverkas av t.ex. materialets porositet, flexibilitet och restspänningar förutom själva materialets komponenter. Vätet reagerar med kolet i stålet och bildar metan, vilket orsakar sprödhet inuti stålet.

Det finns fortfarande inte tillräckligt med information om lämpligheten av plastmaterial för användning i högtrycksväteöverföringsrörledningar. Dessutom leder plast inte elektricitet, så det är svårt att jorda dem och plastens brandmotstånd är betydligt svagare än metall. Därför rekommenderas det inte att använda plaströr för vätgas, inte ens i anläggningsområdet. Bränsletankar av typ IV för vätgasbilar är dock gjorda av plastbelagt polymerförstärkt material, och elektrolysörer använder plastkompositrörledningar och beläggningar i en del av processen.

Kvaliteten på vätgasen ska vara sådan att utrustningen och rörledningarna tål det och å andra sidan ska utrustningen vara konstruerad för att tåla vätgasen som används i dem. Vid dimensionering av vätgastankar bör särskild uppmärksamhet ägnas effekterna av eventuell cyklisk belastning.

Stålens lämplighet för väteanvändning påverkas av flera olika faktorer såsom kemisk sammansättning, värmebehandling, mekanisk behandling, mikrostruktur, föroreningar, restspänningar och hållfasthet. Höghållfasta stål är mer känsliga för skador orsakade av väte, så vid användning av väte bör stål med lägre hållfasthetskategori användas. Den lägre hållfastheten hos kolstål ger motstånd mot väteförsprödning och andra spröda brottmekanismer.

Vid höga temperaturer reagerar väte med kolet i stålet och bildar metan, vilket kan orsaka väteblåsor och/eller sprickor i stålet och leda till allvarliga skador på utrustning eller rörledningar. Denna skademekanism är välkänd och kan undvikas med rätt materialval, med värmebeständiga stål (Cr- Mo- stål) eller austenitiska rostfria stål vid höga temperaturer.

När väte används som bränsle istället för fossila bränslen, bearbetas och lagras väte i allt högre grad i rumstemperatur. I detta fall orsakar de skademekanismer som uppstår vid höga temperaturer inga problem för kolstål.

Metoderna att använda väte orsakar också påfrestningar på material. I bufferttanken trycksätts vätet strax före användning. I detta fall är tryckfluktuationerna stora och dess effekter på materialet måste beaktas.

9.2 Allmänna konstruktionsriktlinjer

På grund av möjligheten till en väteexplosion i slutna utrymmen är utrymmena antingen utformade för att vara explosionssäkra eller försedda med en lättad struktur eller explosionsluckor, genom vilka explosionstrycket kan släppas ut i säker riktning. En ökning av utrustningens tryck över det dimensionerade drifttrycket förhindras av säkerhetsventiler, vars utloppspunkt väljs som säker och utrymmesklassad på lämpligt sätt. Säkert läge för avstängningsventilerna vid bortfall av elektricitet eller tryckluft bestäms utifrån en riskbedömning och säkerställs genom till exempel en fjäderfunktion.

Väte är en gas som är lättare än luft, så ventilationsöppningarna i vätgashanteringsanläggningar är placerade på de högsta punkterna i anläggningen. Platser där vätgas kan samlas bör undvikas i designen. Sådana är t.ex. urtagen i taket och springorna mellan balkarna. Ett tätt rörpaket kan också bilda en plats där vätgas kan ansamlas. I vätgasbehållare måste även faran som orsakas av ventilationsöppningar beaktas; lågor från en explosion kan slå ut från ventilerna. (Figur 6.)

Figur 6. Explosionens lågor bryter ut från ventilerna

Vätgasutrustningen är konstruerad så att inertering är möjlig, till exempel vid underhåll, men i detta fall måste det säkerställas att syrekoncentrationen ligger under gränsvärdet. I praktiken kräver detta att man säkerställer en viss nivå av tillförlitlighet, till exempel med säkerhetsautomation.

Små avsiktliga (ventilerande) och oavsiktliga läckor beaktas vanligtvis i rymdklassificeringen av väte. I dessa är läckagemängderna och därmed den potentiellt explosiva atmosfär de skapar små.

Självantändningstemperaturen för väte är hög (560°C), så väte antänds inte lätt från en het yta. Denna temperaturkaraktäristik för ämnet används för att bestämma den högsta tillåtna yttemperaturen för enheter som används i utrymmen som exponeras för väte, även med hänsyn till felsituationer.

En viktig säkerhetsanordning för lagring av gasformigt väte är en säkerhetsventil, genom vilken väte kan avlägsnas från tanken när trycket stiger, tanken värms upp eller båda händer samtidigt. Tryckkänsliga eller temperaturaktiverade säkerhetsventiler kan användas som säkerhetsventiler. En standard säkerhetsventil öppnar och släpper ut väte till atmosfären automatiskt när ett visst tryck eller temperatur i tanken överskrids. Ventilen stänger när trycknivån eller temperaturen återgår till det normala.

Temperaturaktiverade säkerhetsventiler öppnar när temperaturen når 108 till 110 C. Den temperaturaktiverade säkerhetsventilen används för att förhindra farliga brott på tankväggarna, vanligtvis orsakade av överhettning av komposittanken. Den temperaturaktiverade säkerhetsventilen stänger inte automatiskt utan dess funktion är att snabbt släppa ut vätgasen från tanken.

Vätgasledningarna som går genom anläggningsområdet är designade, tillverkade och installerade i enlighet med kraven i tryckutrustningsdirektivet (PED). Eftersom väte är en kemikalie som klassificeras som farlig måste alla vätgasledningar tillverkas till minst nivån av klass 1. Speciellt vid distributionsstationer placeras vätgasledningar så långt som möjligt under jord för att minska risken för skador. Även då säkerställs upptäckten av eventuella läckor, till exempel med en dubbelmantlad rörlösning. I detta fall kan rörets yttre hölje vara trycksatt eller öppet, i vilket fall mellanutrymmet är aktivt ventilerat och det finns vätedetektorer vid utblåsningspunkterna. Endast svetsfogar används i underjordiska rörledningar. Rörledningarna är inerterade när de töms, t ex för testning och underhåll.

Vätgasledningen kan tömmas på ett kontrollerat sätt genom fackling. Målet med fackling är att bränna gasen när den kommer ut ur röret, vilket förhindrar ansamling av gas och därmed risk för explosion. Fackel används också för att avlägsna överskott av vätgas som produceras i processen. Liknande utrustning kan användas för vätgasfackel som för naturgas. Huvudkomponenterna i ett fakkelsystem är brännaren, stödstrukturen, rörledningar och extrautrustning. Hjälpanordningar inkluderar t.ex. tändare och flamskydd.

Som ett lågmolekylärt ämne tränger väte lätt in i material och läcker genom även små sprickor. Det är därför nödvändigt att undvika potentiella läckagepunkter i konstruktionen. Sådana är t.ex. flänsförband och rörböjar. Vid planering av rörledningen är det också bra att ta hänsyn till att vid höga tryck är storleken på läckageöppningen en viktig faktor som påverkar storleken på vätgasläckan. Minsta möjliga rörstorlek bör därför användas i konstruktionen.

Problemet med pressförband är svårigheten att säkerställa täthet genom inspektion och kvalificeringen av metoden enligt PED. 

Vid produktionsanläggningen överförs vätgas via en slang från tanken till en flaskcontainer eller en tubtrailer, där det vidare transporteras till exempelvis en distributionsstation. Anläggningen ska ha ett system som stänger av vätgasförsörjningen från både flaskbehållaren och tanken vid en eventuell slangläcka. På samma sätt måste distributionsstationen ha ett system för att stänga av vätgasläckan.

Det finns också så kallade vätgasanläggningar och distributionsstationer. som kalla stationer, då styrs anläggningen från ett kontrollrum beläget på annat håll. Säkerhetshot, som cybersäkerhet och regional säkerhet, måste beaktas vid obemannade stationer. Mer information om ämnet finns i Tukes guide Att förbereda sig för säkerhetshot vid hantering och förvaring av farliga kemikalier.

9.3 Läckagedetektering och kontroll

Tidig upptäckt av väteförsprödning ställer särskilda krav på proaktivt underhåll. Sprickbildning är praktiskt taget omöjlig att märka med blotta ögat, så NDT-metoder spelar en viktig roll vid inspektion av vätgasutrustning. NDT-testning kan delas in i volymetriska , dvs penetrerande genom materialet, och yttestningsmetoder. Volumetriska metoder inkluderar röntgen och ultraljud, som används för att till exempel upptäcka defekter i svetsfogar och för att mäta tjockleken på rörväggen. Yttestningsmetoder inkluderar till exempel penetrerande vätska eller magnetiska pulvermetoder, där en färgad vätska eller magnetiskt pulver samlas i en spricka eller korrosionsfläck och gör den synlig under förstoring.

Vätgasläckor kan vara svåra att upptäcka för sinnena, eftersom läckorna ofta är små och väte är färglöst och luktfritt. En högtrycksvätgasläcka kan dock höras som ett högt sus i vissa fall. Det är dock nödvändigt att upptäcka läckan för att kunna vidta nödvändiga åtgärder.

Olika tekniska hjälpmedel används för att upptäcka vätgasläckor. Dessa inkluderar t ex gasdetektor, tryckdetektor, ultraljudsdetektor och färgskiftande läckagetejp. Gasdetektorer bör placeras på ett sådant sätt att den gas som släpps ut vid eventuellt läckage upptäcks. I praktiken placeras detektorerna nära de identifierade läckagepunkterna och på de högsta punkterna i lokalen. Det är bra att säkerställa en optimal placering av detektorerna genom att modellera transporten och ansamlingen av vätgasläckor från utrustningen i utrymmet.

Gasdetektorerna styr larm, varningsljus och vid behov ljudlarm och vid behov avstängning och isolering av utrustningen genomförs med hjälp av säkerhetsautomation för att begränsa varaktigheten och mängden läckor. Åtgärder relaterade till ventilation kan också kopplas till gasdetektorn, till exempel öka ventilationen i kompressorrummet.

Den mekaniska ventilationens utloppsventiler är placerade i den övre delen av utrymmet, vilket säkerställer att när väte läcker kan det inte samlas i till exempel takets urtag.

Antändningsenergin för väte är som lägst (0,017 mJ ) när koncentrationen av väte i luften är 30 %. I det här fallet är förbränningshastigheten för väte också som högst. Så långt det är möjligt bör möjligheten till denna vätekoncentration undvikas, till exempel med hjälp av sniffer och ventilation. Väte brinner med en ljus, svårupptäckt låga, och en väte låga producerar inte rök. Intensiteten på lågans värmestrålning är låg, vilket innebär att den inte utstrålar värme till omgivningen på samma sätt som en lägereld eller en naturgaslåga. Detta gör det svårt att upptäcka en väteflamma. Detekteringen av en väteflamma kan göras enklare med t ex värmekameror.

Inomhus kan vätekoncentrationen minskas med tillräckligt effektiv ventilation, som kan programmeras att bli effektivare vid en viss vätekoncentration. Luftbyte är dock endast användbart för relativt små vätgasläckor. På grund av det breda antändningsområdet för vätgas (4 – 75 %) och högt tryck vid större läckor kan ventilationen inte anordnas så att den är tillräckligt stor för att bringa vätgaskoncentrationen till en icke-explosiv nivå, varvid man endast kan öka ventilationen. relevant när det gäller att mildra konsekvenserna av en vätgasläcka.

I en situation med vätgasläckage är det viktigaste att snabbt upptäcka läckan och stoppa läckan. Detta kan kräva ett automatiskt system som stoppar antingen hela eller delar av utrustningen beroende på läckans plats eller mängd.

En vätgasläcka antänds lätt, även om det är en sk kontrollerat läckage, det vill säga vid utformningen av säkerhetsventilen, bör det alltid antas att antändning är möjlig. Detta bör beaktas i säkerhetsventilernas utloppsriktning och vid fastställande av tillräckliga skyddsavstånd runt utloppspunkterna. Rivningsriktningen ska helst vara uppåt, inte mot byggnader eller områden där människor kan röra sig. Vätgasrören och utrustningen måste spolas med en inert gas (t.ex. kväve) för att avlägsna syre före fyllning med vätgas och efter tömning av vätgas, och alltid efter att säkerhetsventilen har utlösts. Kvävgas måste därför exempelvis finnas tillgänglig för service av vätgasutrustningen.

10 Vätgasolyckor

Olyckor orsakade av väte är bränder och explosioner. Deras styrka och konsekvenser beror på mängden väte som läckt ut, trycket och antändningspunkten och om vätgasen antänds omedelbart eller med fördröjning.

På grund av sin lilla molekylstorlek kan väte tränga in även genom små luckor och små väteläckor är vanliga. Men vid små läckor i ett välventilerat utrymme stiger inte vätgaskoncentrationen så högt att det skulle finnas risk för läckage. Endast vid ackumulering i ett slutet utrymme kan koncentrationen av ett litet läckage öka tillräckligt för att antändas. Vätgasanordningar placerade inomhus bör därför utvärderas för ett sådant kontinuerligt bakgrundsläckage av väte från t ex anslutningar och se till att väteansamling inte kan ske.

En icke antändbar väteläcka orsakar ett vätemoln, vars effekter antänds beror på mängden väte som läckt ut, miljöförhållandena och var antändningen sker. I ett utomhusutrymme uppstår de allvarligaste effekterna när ett icke brännbart vätemoln antänds i en blockerad miljö. När molnet antänds och exploderar i en fri miljö kan tryck- och temperatureffekterna bli mindre. Explosionens intensitet påverkas av reaktionshastigheten. Om vätehalten i vätemolnet är hög och miljöhinder påskyndar reaktionen kan en detonation uppstå, med mycket stora tryckeffekter.

Figur 7. Scenarier för olyckor med gasformigt väte

10.1 Omedelbar tändning

Omedelbar antändning orsakar en blixt, som kan uppstå när väte läcker under högt tryck. När väte läcker från ett litet hål antänds vanligtvis sig självt som ett resultat av friktionsvärmen som orsakas av att gasen släpps ut under högt tryck. Riktningen på högtrycksläckan bestämmer gnistans riktning.

Vid modellering av konsekvenserna av en pluggslåga uppskattas lågans längd, diameter och värmemängd utifrån vätgastrycket och hålets storlek, det vill säga massflödet som läcker från hålet. Temperatureffekterna av facklans låga kan fortfarande orsaka nya läckor och fara för människor, egendom och miljö. När det gäller tändstift är det viktigt att skydda miljön och på så sätt kontrollera effekterna av olyckan. Tändstiftslågan slocknar när det läckande vätet tar slut.

10.2 Fördröjd tändning

Fördröjd antändning gör att en större mängd väte ackumuleras som ett moln. När molnet antänds sker en explosion, vars tryckeffekter beror på molnets massa, antändningspunkten och tätheten av hinder i omgivningen. På grund av vätgas reaktivitet behöver ett vätemoln inte ett slutet utrymme eller barriärdensitet för att generera betydande explosionstryckeffekter. Efter molnets explosion fortsätter väteläckan vid läckpunkten som en gnista på grund av väteflammans höga förbränningshastighet.

Lättare än luft, en liten väteläcka stiger upp i utomhusutrymmen och späds snabbt ut, men luftflöden i en specialbyggd miljö kan göra att väte ackumuleras oförutsägbart. Dessutom ökar byggnader och utomhusutrustning turbulensen i luftflödet och därmed blandningen av vätgas med luften. Detta ökar i sin tur syrehalten i vätemolnet och ökar därmed förbränningen. Vätgas kan alltså brinna explosivt även utomhus under varma förhållanden.

Vätgasläckan som bryter ut vid högt tryck leds först direkt bort från läckageöppningen och vätet börjar stiga upp först när trycket utjämnas till atmosfärstrycket. Det är också nödvändigt att modellera läckan som uppstår utomhus, så att vi kan ta reda på hur vätgasen beter sig före och efter tryckutjämningen.

Att minska tryckeffekterna av en väteläckagetändning kräver en betydande utspädning av vätekoncentrationen. Det är praktiskt taget omöjligt att späda ut en stark vätgasläcka till en icke-explosiv nivå med ventilation, men man kan försöka minska tryckeffekterna av en explosion med stark ventilation. I händelse av vätgasläcka kan luftbyte inte förhindra att en explosiv luft-gasblandning bildas, men dess uppkomsttid kan förkortas med effektivt luftväxling när läckan har upphört.

Konsekvenserna av försenad tändning är:

• lågtrycksexplosion ( deflagration )
• högtrycksexplosion (detonation)
• jetexplosion

Vätemolnet späds ut när det expanderar och om utspädningen är tillräcklig blir tryckeffekterna mindre och konsekvenserna orsakas främst av värmestrålning. I detta fall ligger koncentrationen av väte i molnet mellan flampunkten (4 %) och explosionsgränsen (18 %).

En deflagration är en lågtrycksexplosion där flamfronten färdas i ett brinnande gasmoln med mindre än ljudets hastighet. Vid detonation överstiger flamfrontens hastighet ljudhastigheten, vilket orsakar ett högt explosionstryck.

På grund av sina egenskaper är väte benäget att orsaka detonation, det vill säga en högtrycksexplosion, även i utomhusutrymmen. Detta beror på vätets reaktivitet, det vill säga dess höga förbränningshastighet. Dessutom orsakar det höga trycket av väte turbulens när det släpps ut och därmed blandas luften med vätemolnet. Detta främjar snabb förbränning, som tillsammans med vätgas karakteristiska snabba förbränning orsakar detonation. Vid detonation färdas flamfronten snabbare än ljud.

En högtrycksläcka kan också explodera nära läckpunkten istället för en duschbrand. Explosionens styrka underlättas av turbulensen hos det läckande vätet, som effektivt blandar vätet med den omgivande luften. En sådan explosion (jetexplosion) kan få mycket allvarliga effekter, eftersom den äger rum nära vätebearbetningsutrustning och lager. En sådan olycka kan orsaka allvarliga effekter på hårdvaran och till och med förstöra hela systemet.

Väte har en hög förbränningshastighet, vilket gör att en mildare deflagration kan accelerera till en mer allvarlig detonation (deflagration to detonation, DTD). Detta fenomen är en vanlig källa till vätedetonation.

10.3 Drift vid väteolycka

Vid en vätgasbrand är det viktigaste att stoppa läckan så snabbt som möjligt, så att branden slocknar när vätgastillförseln upphör. För att göra detta möjligt krävs att avstängningsventiler placeras på säkra platser och även möjliggöra fjärrmanövrering. Ett säkert sätt är att förse avstängningsventilerna med en automationsfunktion som stänger ventilerna vid gasläcka, till exempel när trycket sjunker eller baserat på larm från gasdetektorer.

En vätgasbrand släcks inte förrän tillförseln av vätgas har stängts av. Att släcka branden kan leda till ansamling av väte och explosionsrisk. Vattnet används för att kyla de omgivande strukturerna och förhindra att branden sprider sig.

Målet med fackling är att bränna gasen på ett kontrollerat sätt. Detta förhindrar risken för gasexplosion. Fackel används t.ex. för tömning av gasledningar och för att avlägsna överskott av vätgas som genereras i processen. Liknande utrustning kan användas för att fackla vätgas som för att fackla naturgas. Huvudkomponenterna i fakkelsystemet är: brännare, stödstruktur, rörledningar och extrautrustning. Hjälpanordningar inkluderar t.ex. tändare och flamskydd

11 Vätgas i lagstiftningen

Bestämmelser som ingår i den finska lagstiftningen, som inkluderar krav på produktion och användning av väte, är till exempel kemikalie-, ATEX-, tryckbärande anordningar, räddnings-, miljö- och byggregler. För framställning och användning av vätgas kan i olika lagstiftningar krävas tillstånd från tillsynsmyndigheten.

11.1 Kemikaliesäkerhetslagstiftning

Lagen om säkerhet vid hantering av farliga kemikalier och explosiva ämnen (390/2005), hädanefter kemikaliesäkerhetslagen, ger den rättsliga grunden för framställning och hantering av vätgas. Dess syfte är att förebygga och bekämpa person-, miljö- och egendomsskador orsakade av tillverkning, användning, lagring och annan hantering av farliga kemikalier, samt att främja allmän säkerhet.

Med utgångspunkt i kemikaliesäkerhetslagen har två föreskrifter utfärdats som ska beaktas vid framställning och bearbetning av väte:

• Förordning om kontroll av hantering och förvaring av farliga kemikalier (685/2015), hädanefter kontrollförordningen
• Föreskrift om säkerhetskrav för industriell hantering och lagring av farliga kemikalier (856/2012), hädanefter säkerhetskravsförordningen

Tillsynsförordningen definierar verksamhetens omfattning, utifrån vilken tillståndsskyldigheten och tillsynsmyndigheten bestäms. Dessutom innehåller tillsynsförordningen krav, bl.a. om tillsynsmannen för användningen av kemikalier, upprättande av säkerhetsrapport eller verksamhetsprincipdokument, den interna räddningsplanen, myndighetsinspektioner och förändringsledning på anläggningen.

Säkerhetskravsförordningen ställer krav på placering av anläggningen och placering av verksamhet på anläggningsområdet utifrån konsekvenserna av eventuella olyckor. Det finns även krav på ventilation, upptäckt och kontroll av läckor, säkerhet och underhåll av utrustning, markeringar och beredskap för olyckor.

Kemikaliesäkerhetslagen gäller inom den finska statens territorium. Om till exempel en vindkraftspark eller en gasledning ligger innanför Finlands sjögränser gäller kemikaliesäkerhetslagen för den. Användning och förvaring av farliga kemikalier ombord begränsas utanför kemikaliesäkerhetslagens tillämpningsområde, då gäller VAK-föreskrifter. Operatören bör kontakta statsrådet angående tillstånd för en vätgasproduktionsanläggning eller transmissionsledning att placeras i den ekonomiska zonen.

Industriell bearbetning och lagring av väte anses storskalig om det finns minst 2 ton väte i anläggningen. I detta fall är den myndighet som övervakar verksamheten Tukes, hos vilken tillstånd för verksamheten ska sökas (figur 8). Omfattningen av verksamheten påverkas dock även av andra kemikalier i anläggningen, så den slutliga omfattningen bör bestämmas med hjälp av t ex KemiDigs kvotberäknare. 

Figur 8. Processen för ansökan om tillstånd för kemikaliesäkerhet

11.1.1 Liten hantering och lagring av väte

Om anläggningen har mindre än 2 ton vätgas är det en mindre insats och tillsynsmyndigheten är räddningstjänsten. I detta fall ska en anmälan om mer än 100 kg vätgas göras till räddningstjänsten. Vätgasdistributionsstationer är för det mesta mindre bearbetning och lagring av farliga kemikalier och därför under överinseende av räddningstjänsten.

Anmälan görs skriftligen till räddningsmyndigheten senast en månad innan hantering eller förvaring påbörjas. I anmälan ska uppgifterna om den verksamhetsutövare som ansvarar för hanteringen av vätgas och anläggningens placering förtydligas. Den måste också åtföljas av:

• en förklaring av farorna med hantering och lagring av väte och konsekvenserna av olyckor (modellering)
• säkerhetsdatablad eller liknande information
• en översiktlig beskrivning av hur bearbetning och lagring planeras att ske
• en förklaring av brandbekämpningsarrangemang, hantering av ett eventuellt läckage och andra planerade åtgärder vid olyckor.

Blankett för anmälan finns på https://pelastuslaitokset.fi/julkaisut/vaaralissetkemikaalit

När utrustningen är tillräckligt klar och kan besiktigas ska målet begära en idrifttagningsbesiktning av räddningsmyndigheten i god tid innan insatsen påbörjas. Vid inspektionen ägnas uppmärksamhet åt en säker användning av föremålet och underhåll och underhåll av dess strukturer, utrustning och utrustning, utbildning och vägledning av personalen samt förebyggande av olyckor och organisation av räddningsinsatser.

11.1.2 Bygglov för vätgasöverföringsledningar

Byggandet av en vätgasledning kräver alltid bygglov från Tukes. Tillstånd ska sökas i god tid innan driftstart. Förutsättningen för att bevilja tillstånd är att säkerhetskraven i kemikaliesäkerhetslagen (2 KAPITEL L 390/2005) är uppfyllda.

Följande information/bilagor krävs för ansökan om bygglov för vätgasöverföringsledning i enlighet med rörledningens avsedda användning:

• Skriftlig plan för byggnation (investeringsplan)
• Planerad placering av rörledningen; inriktningskartor och stationsritningar upprättade av kommun, som ska visa ledningslängd, nominell storlek, dimensionerande tryck, läge och regional klassificering samt en förklaring av placeringen av tryckreducerings- och tryckökningsstationer och ventilstationer.
• Rörmaterial och korrosionsskydd
• Designa tryck och temperaturer
• PI och flödesdiagram
• Bedömning av rörledningens betydande miljöpåverkan och en plan för att förhindra dem.
• Bedömning av olycksriskerna relaterade till rörledningar, tryckhöjningsstationer och tryckreducerande stationer samt förberedelse för dem vid investeringsplanering.
• Explosionsriskbedömning och vid behov ett explosionsskyddsdokument inklusive rumsklassificeringsritning, Ex-utrustningslista.

Mer information
Kemikalieanläggningar | Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (Tukes)
Kemikalieanläggningar - instruktioner och guider | Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (Tukes)

11.2 Miljölagstiftning

I samband med vätgasprojekt ska även behovet av konsekvensutredningar och tillstånd enligt miljölagstiftningen övervägas. De vanligaste av dessa är förfarandet för miljökonsekvensbeskrivning (MKB) och miljötillstånd som stadgas i lagen om förfarandet för miljökonsekvensbeskrivning (252/2017) och miljöskyddslagen (527/2014). Genomförandet av vätgasprojektet kan även kräva andra miljötillstånds- och anmälningsförfaranden, såsom vattenförvaltningstillstånd eller bulleranmälan.

11.2.1 MKB-förfarande

En miljökonsekvensbeskrivning (MKB) ska göras för projekt som sannolikt kommer att orsaka betydande negativa miljöeffekter. Verksamhetsutövaren ansvarar för att göra en MKB-bedömning och vid behov beslut om projektets behov av MKB. Den regionala ELY-centralen fungerar som kontaktmyndighet i MKB-förfarandet och ger råd och vägleder den projektansvarige i frågor som rör MKB-utvärderingen. MKB-förfarandet och dess behov regleras i MKB-lagen (YVAL 252/2017) och MKB-förordningen (277/2017).

Figur 9. Struktur för MKB-förfarandet

Behovet av ett MKB-förfarande för vätgasproduktion beror på om det är en integrerad produktionsanläggning för den kemiska industrin (MKB-bilaga 1, punkt 6 c). Om väte produceras i anläggningen genom endast en kemisk process, såsom elektrolys , tillämpas i princip ingen MKB på projektet . I de fall andra kemiska eller fysikaliska processer är kopplade till produktionen av väte, såsom metanproduktion, ska som regel en MKB göras.

Lagring av vätgas som vätska eller gas kräver en MKB-bedömning om de lagringstankar som används i projektet har en total volym på minst 50 000 m 3 ( MKB -bilaga 1, 8 c §).

Anläggning av vätgasledningar kräver en MKB-bedömning om de rör som är avsedda för överföring av kemikalier eller gas har en diameter på mer än DN 800 millimeter och deras längd är mer än 40 kilometer (MKB-bilaga 1, 8 a §).

MKB-förfarandet kan också krävas genom beslut av ELY-centralen för ett projekt som inte ingår i projektlistan, om det är möjligt att orsaka betydande negativa miljöeffekter (MKB § 13).

Information om MKB-förfarandet:
Förfarandet för miljökonsekvensbedömning av projekt (MKB)
MKB-beslut (ymparisto.fi)

11.2.2 Miljötillstånd

Tillstånd enligt miljöskyddslagen (527/2014) krävs för verksamhet som medför risk för miljöförorening. I miljötillståndet hanteras föroreningar genom att utfärda föreskrifter om verksamhetens omfattning, utsläpp och minskning av dessa. Målet och villkoret för att bevilja tillstånd är att förebygga hälsofaror och betydande miljöföroreningar eller risken för det.

Behovet av miljötillstånd för projektet bedöms av den regionala ELY-centralen. Anläggningarnas behov av miljötillstånd bedöms som en helhet och det påverkas av bl.a. vätetillverkningsmetod, utgångsmaterial och produktanvändning . Miljötillstånd söks hos de tillståndsmyndigheter som föreskrivs i miljöskyddslagen och miljöskyddsförordningen, det vill säga regionala förvaltningsverk eller kommunala miljöskyddsmyndigheter. I vätgasproduktionsprojekt är tillståndsmyndigheten i regel den regionala förvaltningsmyndigheten.

Miljötillståndsprocessen tar cirka 10-12 månader. I tillämpliga situationer är det möjligt att delvis kombinera ansökan om miljötillstånd med miljökonsekvensbeskrivningsförfarandet.

Figur 10. Miljötillståndsprocessen

Mer information
Allmänna råd relaterade till miljötillstånd:  Kundservice för miljöfrågor
Råd om förnybar energi
Information om miljötillståndsprocessen
Tillståndet söks elektroniskt hos regionförvaltningens transaktionstjänst 

11.3 Lagstiftning om potentiellt explosiva atmosfärer

Vätgas är högexplosivt och därför måste även lagstiftningen kring explosionsrisk beaktas vid framställning, hantering och lagring av väte. Lagstiftningen kring explosionsrisk bygger på två EU-direktiv; Atex villkorsdirektiv (1999/92/EG) och Atex utrustningsdirektiv (2014/34/EU).

Kraven i Atex villkorsdirektivet har införts i nationell lagstiftning främst i kemikaliesäkerhetslagen, säkerhetskravsförordningen och ATEX-förordningen (576/2003). Det handlar bland annat om krav på identifiering av explosionsrisk och klassificering av lokaler, sannolikheten för att explosionsrisk ska inträffa samt principer för att upprätta ett explosionsskyddsdokument.

ATEX-utrustningsdirektivet har implementerats i finsk lagstiftning i lagen (1139/2016) och förordningen om överensstämmelse för utrustning och skyddssystem som används i Ex-lokaler (1439/2016).

Explosionsfarliga omgivningar
ATEX - Startpaket (på finska)

11.4 Lagstiftning om tryckbärande anordningar

Väte transporteras och lagras under tryck. Trycksatt utrustning och system omfattas av lagstiftningen om tryckbärande anordningar;

• Lagen om tryckbärande anordningar (1144/2016)
• Statsrådets förordning om tryckbärande anordningar (1548/2016), hädanefter förordningen om tryckbärande anordningar
• Statsrådets förordning om enkla tryckkärl (1550/2016)
• Statsrådets förordning om tryckutrustningssäkerhet (1549/2016), hädanefter förordningen om tryckutrustningssäkerhet

Som tryckanordning anses tank, rörledning eller annan teknisk enhet som har eller kan utveckla ett övertryck på minst 0,5 bar, samt tekniska enheter avsedda att skydda tryckanordningen. Tryckanordningen ska byggas och placeras och underhållas, användas och kontrolleras på ett sådant sätt att den inte äventyrar någons hälsa, säkerhet eller egendom.

Tryckanordningsförordningen innehåller tekniska krav och klassificeringskrav för tryckbärande anordningar samt föreskrifter om bedömning av överensstämmelse med tryckbärande anordningar.

Säkerhetsförordningen för tryckbärande anordningar behandlar t.ex. tryckbärande anordningsregistrering, placering och inspektioner av tryckbärande anordningar. Förordningen har även krav på transportabla tryckbärande anordningar, t.ex. fyllning, påfyllningsplats och besiktning. Dessa föreskrifter avser i första hand den operatör som hanterar fyllning av transporterade tryckbärande anordningar.

11.5 Räddningslagstiftning

Vätgas utgör en uppenbar fara vid hantering och lagring, vilket operatören måste vara beredd på. Räddningslagen (379/2011) kräver ett bidrag till denna beredning i syfte att förbättra människors säkerhet och minska olyckor. Lagen ålägger operatören att rädda människor, säkra viktiga funktioner och effektivt begränsa konsekvenserna av en olycka när en olycka hotar eller inträffar.

Enligt räddningslagen ska en räddningsplan upprättas för en plats som är mer krävande än vanligt vad gäller utfartssäkerhet eller räddningsinsatser eller där den fara eller skada som en eventuell olycka medför kan bedömas vara allvarlig.

I statsrådets förordning om räddningsinsatser (407/2011) anges olika typer av objekt för vilka skyldigheten att upprätta en räddningsplan gäller. En av de platser som nämns är där mindre industriell bearbetning och lagring av en farlig kemikalie endast kan utföras genom att göra en anmälan till räddningsmyndigheterna enligt kemikaliesäkerhetslagen.

11.6 Markanvändning och bygglagstiftning

De viktigaste föreskrifterna med anknytning till byggande är markanvändnings- och anläggningslagen (132/1999) och markanvändnings- och anläggningslagen (895/1999). Lagen föreskriver områdesindelning och krav på tillstånd för byggande och andra åtgärder. Tillstånd relaterade till byggnation omfattar bygglov och driftlov.

Bygglovet är relaterat till uppförande och utbyggnad av själva byggnaderna. Konstruktioner och anläggningar som inte behöver bygglov kan behöva drifttillstånd. Därutöver kan kommunen i sin anläggningsordning föreskriva att byggnation eller andra åtgärder av ringa betydelse och inverkan får vidtas utan bygg- eller driftlov, när vederbörande gjort en anmälan till kommunens byggnadskontrollmyndighet. Beträffande vätgastankstationer ger kontakt med kommunens byggnadskontrollmyndighet de tydligaste driftsinstruktionerna.

Bygglov eller driftlov söks hos kommunens byggkontroll . Villkoren för att bevilja bygglov beror på om byggnadsplatsen ligger i ett eller ozonförlagt område. I ett platsplanerat område är byggnadsplatsens lämplighet för avsett ändamål löst i planen. I ett oplanerat område kommer lämplighet att övervägas separat.

Drifttillstånd krävs för sådana byggnader eller anläggningar, för vilka lösningen av tillståndsfrågan inte i alla avseenden kräver den ledning som i övrigt behövs för byggandet. Sådana föremål är till exempel master, tankar eller rör. Lagen listar mycket tydligt vilka åtgärder som kräver tillståndsansökan

11.7 Annan lagstiftning att beakta

Vid hantering och transport av vätgas ska även kraven i annan lagstiftning beaktas. Dessa inkluderar åtminstone lagen om transport av farligt gods (541/2023), statsrådets förordning om transport av farligt gods (925/2023, , elsäkerhetslagen (1135/2016), statsrådets förordning om elektrisk utrustning ( 1434/2016), statsrådets förordning om säkerheten för elektrisk utrustning (1437/2016), mätutrustningslagen (707/2011), förordningen om mätutrustning (471/2014), statsrådets förordning om väsentliga krav på mätutrustning, bevis överensstämmelse och särskilda tekniska krav (1432/2016).

11.7.1 Lag om mätinstrument

Mätinstrumentlagen 707/2011 ställer kraven på mätinstrument och -metoder och de åtgärder som är kopplade till deras certifiering. Lagen gäller för typ- och certifieringsbesiktning av tryckgasdistributionsmätare ( VJ.K. xx.yy typgodkännandekod, certifieringsintyg).

Distributionsmätaren för flytande gas måste vara MID-godkänd och kalibrerad. MID-godkännande görs i enlighet med mätutrustningsdirektivet 2014/32/EU.

12 Standarder och andra riktlinjer för väte

Källor relaterade till bearbetning och lagring av väte har samlats i detta stycke. De nämnda standarderna är dock inte godkända av Tukes i den meningen att direkt efter dem skulle anses uppfylla kraven i lagstiftningen. Tukes rekommenderar dock att man använder standarder för att stödja planering och genomförande.

Standarder

ISO 19880: 2020 Gasformig väte — Bränsle stationer
ISO/TS 20100:2008 Gasformigt väte — Bränsle stationer
ASME B31.12 Vätgasrör och rörledningar
ISO/TC 197 Vätgasteknik
ISO/TR 15916:2015 Grundläggande överväganden för vätesystems säkerhet

Instruktioner och guider

Safety Aspects of Green Hydrogen Production on Industrial Scale

Polttokennosovellusten ja vetytankkauksen turvallisuuden varmistaminen, säädöksiä ja standardeja

Vätgasledningssystem

Hydrogen pipeline systems (eiga.eu)

Hydrogen in pipeline steels: Recent advances in characterization and embrittlement mitigation - ScienceDirect

Hydrogen Transportation - an overview | ScienceDirect Topics

Vägledning för tillståndsförfaranden och andra administrativa förfaranden för produktionsanläggningar för förnybar energi:

Publications - EIGA : European Industrial Gases Association

Hydrogen Tools (h2tools.org)

European Hydrogen Safety Panel - European Commission (europa.eu)

Suomen Kaasuyhdistys ry

Hydrogen Materials Technical Database – Sandia's Hydrogen Program

Hydrogen Incident Examples (h2tools.org)

Norway: Explosion at hydrogen filling station | electrive.com