Carbon dioxide emissions causes catastrophic consequences and is a major cause of global warming. In connection with this, there is an increased demand for energy, which in turn contributes to increased emissions of greenhouse gases and other pollutants. This has contributed to a large-scale discussion of potential solutions, where many researchers agree that hydrogen energy systems are currently the best solution to the problem.  This degree project has been done in collaboration with AirSon Engineering AB with a focus on long-term storage of electricity in the form of hydrogen.  The method of research is of a qualitative and quantitative nature. To obtain the best result, scientific articles have been studied, data analyzed and the simulation programs Matlab & PVGIS has been used. Relevant questions have also been asked to companies and authorities for advice.  In the result, 3 different System solutions have been presented that works as long-term storage of self-produced renewable electricity in the form of hydrogen and battery. All these Systems have their advantages and disadvantages. System 1 is an On-Grid system with a small PV-system compared to System 2 and System 3. System 2 is a pure Off-Grid System with a giant PV-system and hydrogen storage. System 3 is also a possible off-Grid system connected to hydrogen storage for long-term storage and a battery for short-term storage. The advantage of system 1 is that it is an On-Grid system, and the system has a relatively small PV plant compared to System 2 and System 3. This means that the total costs for System 1 is much lower than the other systems. System 2 is an Off-Grid system, to handle the electricity consumption requires System 2 a very large PV plant and a large hydrogen storage, which means high system costs for the installation of the system. System 3 is also a possible off-Grid system where electricity from the grid does not need to be purchased, but to use the entire electricity production, the overflow of electricity needs to be sent to the grid. System 3 is most expensive system compared to system 2 and system 1.

Sedan 2016 har flera politiska incitament genomförts för att undersöka möjligheten för att få den nordiska vätgasmarknaden att växa. Vätgas är en energibärare med potential att användas som ett miljövänligt drivmedelsalternativ för transportflottan eftersom utsläppen vid användning med bränslecell är rent vatten och bränslecellsbilar har en hög energieffektivitet i jämförelse med bilar med traditionella förbränningsmotorer. De enda utsläppen som förknippas med vätgas är de som sker i samband med produktionen av gasen. Det finns flera olika sätt att producera vätgas ur olika substrat. Idag produceras den mesta vätgasen från naturgas på raffinaderier för användning i bensin- och dieselproduktion. Det planeras en expansion av tankstationer för vätgas i Sverige, men då det finns få producenter så finns det ett intresse för Tekniska verken i Linköping AB att undersöka vad olika produktionsvägar för vätgas har för fördelar och nackdelar i jämförelse med andra biodrivmedel som fordonsgas och elektricitet. Studiens syfte var att undersöka tekniskt lämpliga produktionsvägar för vätgas som är kompatibla med biogasproduktion eller vindkraftsel, och jämföra de olika produktionsvägarna med biogas och vindkraftsel i relation till klimatpåverkan och energieffektivitet då drivmedel för 100 km körsträcka produceras. Efter en teknisk screening av vätgasproduktion, biogasproduktion och elektricitet från vindkraft konstanterades att vätgasproduktion viaångreformering av biogas, tvåstegsrötning av organiskt avfall och PEM-elektrolys är de produktionsvägar som har bäst potential för miljövänlig vätgasproduktion hos Tekniska verken i Linköping AB. Vidare kartlades viktiga parametrar för modellering och simulering av klimatpåverkan i programvaran simaPro. För jämförelse av produktionsvägarna för vätgas från rötning av matavfall användes WTW-metodik. För jämförelsen mellan elektricitet och elektrolys användes modifierad LCA-metodik med klimatpåverkan för hela livscykeln för vindkraftverket men för resterande processteg användes endast klimatpåverkan för driften för produktionen. Resultaten för jämförelsen mellan produktion av biogas, ångreformering och tvåstegsrötning visar ingen tydlig skillnad i varken klimatpåverkan eller energieffektivitet. Studien påvisar däremot att ångreformering av fordonsgas behöver mindre mängd matavfall för produktion av drivmedel för 100 km körsträcka (38 kg/100km) i jämförelse med tvåstegsrötning (44 kg/100km) och biogas (54 kg/100 km). För jämförelsen mellan produktion av vätgas via elektrolys och vindkraftsel visades systemet för vindkraftsel (23,6 kWh/100 km) vara dubbelt så energieffektivt jämfört med systemet för elektrolys (50,9 kWh/100 km), medan systemens klimatpåverkan förhöll sig till en liknande ratio med 0,154 kg CO2-eq utsläpp/100 km i jämförelse med 0,343 kg CO2-eq utsläpp/100 km. Studien visar att vid analys av energieffektivitet och klimatpåverkan för närbesläktade produktionssystem så spelar energieffektiviteten i använd bil stor roll för resultatet. Studiens resultat är framförallt intressant för svenska energibolag som vill veta mer om vätgasproduktion och hur dess klimatnytta och energiproduktion förhåller sig till andra fossilfria drivmedel.

<p>When cylinders for motor saws are manufactured there are high demands on the cylinders strength and wearing qualities. Aluminum is a material with low density and is used by Husqvarna AB for their motor saw cylinders. The aluminum is strengthening with nickel that is attached to the cylinders through electrolysis. When aluminum is in contact with oxygen a film of oxide is formed. To eliminate the oxide and to prevent formation of new oxide zinc is used. The cylinders are dipped into a bath of zinc before they pass on to a pre-nickel process, which purpose is to remove the excess of zinc so the “real” nickel process won’t be contaminated. In the process there is a selective bath where zinc is precipitated on sheet-metals through electrolysis. The problem is that while zinc is precipitated so is nickel and in a much greater extend, about 1 % zinc and 99 % nickel.</p><p>Husqvarna AB needs a technique to increase precipitation of zinc and reduce the precipitation of nickel. A small copy of the selective bath was constructed where adjustments of different parameters were possible. In the bath there was an anode of nickel, a cathode, process liquid, a pump for stirring and a plant installation from an aquarium for the temperature. In the bath different voltages, distance between anode – cathode and different sheets of metal were tested. Every test were in progress for about three days and then pieces of sheet-metals were cut and sent for analysis of zinc/nickel percentage.</p><p>A couple of the tested sheet-metals didn’t work and the ones that did work showed no special difference in zinc/nickel percentage. An increase in distance between the anode and cathode showed a small difference but not much. The alteration that showed to be most effective was to decrease the voltage. The normal voltage is 2, 8 V but when it was decreased to 2, 0 V it gave a much better result. The layer on the sheet-metal showed to contain 12 % zinc and 88 % nickel. A couple of other tests were performed with decreased voltage but no one gave as good result as 2, 0 V. If Husqvarna AB shall be able to use a lower voltage they need a greater cathode surface then they have today. That is because of the lower reaction rate. The lower reaction rate conducts an increasing amount of zinc in the bath and an electrolysis that doesn’t work completely.</p><p>Other methods for precipitation could have been tested e.g. change of anode, precipitation of zinc as a salt or a powder that could have been filtrated or a process that reduces the excess of zinc. To test any of these methods big changes in the process structure would be needed which costs both time and money. The authors therefore concluded that the best thing for Husqvarna AB to do is to increase the cathode surface by connecting another bath next to the existent.</p> / <p>Vid tillverkning av motorsågscylindrar ställs det höga krav på att de är tåliga och slitstarka. På Husqvarna AB tillverkas motorsågscylindrar av aluminium som är ett material med låg densitet. Aluminiumet förstärks med nickel som genom elektrolys fästs på cylindrarna. På aluminium bildas ett oxidskikt i kontakt med syre och för att eliminera skiktet samt undvika bildning av ny oxid så doppas cylindrarna i zink innan elektrolysen. Cylindrarna doppas hela i ett zinkatbad innan de går vidare till en förförnicklingsprocess som bland annat är till för att bli av med överflödigt zink så att det inte förorenar det ”riktiga” nickelbadet. I processen finns ett selektivt bad där zink fälls ut genom elektrolys på plåtar. Problemet är att samtidigt som zink fälls ut så fälls också nickel ut och i större mängd, ca 1 % zink respektive 99 % nickel.</p><p>Husqvarna AB behöver en teknik som ökar utfällning av zink samtidigt som nickelutfällning reduceras. En liten kopia konstruerades av det selektiva badet där justering av olika parametrar kunde utföras. I badet användes en plåtkatod och en nickelanod, vätska från processen, en pump för omrörning och ett akvarieaggregat för värme. I testbaljan provades ändringar av spänning, avstånd anod – katod och olika material som katod. Varje bad kördes ca tre dagar och sedan klipptes bitar av plåtarna bort och skickades iväg för analys av zink/nickelhalt.</p><p>Det visade sig att ett par av de testade plåtarna inte fungerade och de som fungerade visade ingen större skillnad i zink/nickelhalt. En ökning av avstånd mellan katod och anod gav en liten procentskillnad men inte tillräcklig. Den parameterändring som visade sig vara mest effektiv var att sänka spänningen. Normalt ligger spänningen på 2,8 V men när den sänktes till 2,0 V gav det bättre resultat. Skiktet på plåten visade sig nu innehålla ca 12 % zink och 88 % nickel. Ytterligare försök gjordes med lägre spänning men ingen gav lika bra resultat som 2,0 V. För att Husqvarna AB ska kunna använda lägre spänning kräver det en ökad katodyta än vad som finns i dagsläget, på grund av en lägre reaktionshastighet. Lägre reaktionshastighet leder till en för snabb ökning av zink i badet och en dåligt fungerande elektrolys.</p><p>Andra metoder för utfällning hade kunnat provats t ex byte av anod, fälla ut zink som ett salt eller pulver som sedan filtrerats bort eller en process för att minska överflödet av zink. Alla dessa metoder kräver att Husqvarna AB gör en omfattande omstrukturering av processen vilket kräver både tid och pengar. Därför kom författarna fram till att en ökad katodyta i form av ett nytt bad anslutet till det gamla vore den bästa lösningen för Husqvarna AB.</p>

When cylinders for motor saws are manufactured there are high demands on the cylinders strength and wearing qualities. Aluminum is a material with low density and is used by Husqvarna AB for their motor saw cylinders. The aluminum is strengthening with nickel that is attached to the cylinders through electrolysis. When aluminum is in contact with oxygen a film of oxide is formed. To eliminate the oxide and to prevent formation of new oxide zinc is used. The cylinders are dipped into a bath of zinc before they pass on to a pre-nickel process, which purpose is to remove the excess of zinc so the “real” nickel process won’t be contaminated. In the process there is a selective bath where zinc is precipitated on sheet-metals through electrolysis. The problem is that while zinc is precipitated so is nickel and in a much greater extend, about 1 % zinc and 99 % nickel. Husqvarna AB needs a technique to increase precipitation of zinc and reduce the precipitation of nickel. A small copy of the selective bath was constructed where adjustments of different parameters were possible. In the bath there was an anode of nickel, a cathode, process liquid, a pump for stirring and a plant installation from an aquarium for the temperature. In the bath different voltages, distance between anode – cathode and different sheets of metal were tested. Every test were in progress for about three days and then pieces of sheet-metals were cut and sent for analysis of zinc/nickel percentage. A couple of the tested sheet-metals didn’t work and the ones that did work showed no special difference in zinc/nickel percentage. An increase in distance between the anode and cathode showed a small difference but not much. The alteration that showed to be most effective was to decrease the voltage. The normal voltage is 2, 8 V but when it was decreased to 2, 0 V it gave a much better result. The layer on the sheet-metal showed to contain 12 % zinc and 88 % nickel. A couple of other tests were performed with decreased voltage but no one gave as good result as 2, 0 V. If Husqvarna AB shall be able to use a lower voltage they need a greater cathode surface then they have today. That is because of the lower reaction rate. The lower reaction rate conducts an increasing amount of zinc in the bath and an electrolysis that doesn’t work completely. Other methods for precipitation could have been tested e.g. change of anode, precipitation of zinc as a salt or a powder that could have been filtrated or a process that reduces the excess of zinc. To test any of these methods big changes in the process structure would be needed which costs both time and money. The authors therefore concluded that the best thing for Husqvarna AB to do is to increase the cathode surface by connecting another bath next to the existent. / Vid tillverkning av motorsågscylindrar ställs det höga krav på att de är tåliga och slitstarka. På Husqvarna AB tillverkas motorsågscylindrar av aluminium som är ett material med låg densitet. Aluminiumet förstärks med nickel som genom elektrolys fästs på cylindrarna. På aluminium bildas ett oxidskikt i kontakt med syre och för att eliminera skiktet samt undvika bildning av ny oxid så doppas cylindrarna i zink innan elektrolysen. Cylindrarna doppas hela i ett zinkatbad innan de går vidare till en förförnicklingsprocess som bland annat är till för att bli av med överflödigt zink så att det inte förorenar det ”riktiga” nickelbadet. I processen finns ett selektivt bad där zink fälls ut genom elektrolys på plåtar. Problemet är att samtidigt som zink fälls ut så fälls också nickel ut och i större mängd, ca 1 % zink respektive 99 % nickel. Husqvarna AB behöver en teknik som ökar utfällning av zink samtidigt som nickelutfällning reduceras. En liten kopia konstruerades av det selektiva badet där justering av olika parametrar kunde utföras. I badet användes en plåtkatod och en nickelanod, vätska från processen, en pump för omrörning och ett akvarieaggregat för värme. I testbaljan provades ändringar av spänning, avstånd anod – katod och olika material som katod. Varje bad kördes ca tre dagar och sedan klipptes bitar av plåtarna bort och skickades iväg för analys av zink/nickelhalt. Det visade sig att ett par av de testade plåtarna inte fungerade och de som fungerade visade ingen större skillnad i zink/nickelhalt. En ökning av avstånd mellan katod och anod gav en liten procentskillnad men inte tillräcklig. Den parameterändring som visade sig vara mest effektiv var att sänka spänningen. Normalt ligger spänningen på 2,8 V men när den sänktes till 2,0 V gav det bättre resultat. Skiktet på plåten visade sig nu innehålla ca 12 % zink och 88 % nickel. Ytterligare försök gjordes med lägre spänning men ingen gav lika bra resultat som 2,0 V. För att Husqvarna AB ska kunna använda lägre spänning kräver det en ökad katodyta än vad som finns i dagsläget, på grund av en lägre reaktionshastighet. Lägre reaktionshastighet leder till en för snabb ökning av zink i badet och en dåligt fungerande elektrolys. Andra metoder för utfällning hade kunnat provats t ex byte av anod, fälla ut zink som ett salt eller pulver som sedan filtrerats bort eller en process för att minska överflödet av zink. Alla dessa metoder kräver att Husqvarna AB gör en omfattande omstrukturering av processen vilket kräver både tid och pengar. Därför kom författarna fram till att en ökad katodyta i form av ett nytt bad anslutet till det gamla vore den bästa lösningen för Husqvarna AB.

Detta arbete handlar om vätgasens implementation inom den marina sektorn, med hänsyn till bland annat riskfaktorer, egenskaper hos ämnet samt ekonomiska utmaningar. Syftet med detta arbete var att skapa en lättöversiktlig bild över hur pass lämplig användandet av vätgas skulle vara inom dagens sjöfart. Då vätgasen ännu inte har testats inom någon stor utsträckning till sjöss så kan de flesta rapporter man hittar om vätgas endast redovisa hur ett användande borde se ut och inte hur det faktiskt ska vara. På grund av detta så har det visats sig att detta metodval att ta relevant information från en större mängd olika källor varit rätt väg att gå. Efter att ha studerat vätgasen från flera aspekter så kan man konstatera att det inte skulle vara någon omöjlighet att driva större fartyg på vätgas, men att detta skulle kräva stora satsningar från länder och rederier för att göra det en verklighet. / This work deals with the implementation of hydrogen in the marine sector, considering risk assessments, properties of the substance and economic challenges. The aim of this work was to create a simple overview of how suitable the use of hydrogen would be in today's shipping. Since hydrogen has not yet been tested to a large extent at sea, most reports found about hydrogen can only account for what a usage should look like and not what it actually should be. Because of this, it has been shown that the method of taking relevant information from a wider variety of sources has proved to be the way to go. Having studied hydrogen from several aspects, it can be concluded that it would not be impossible to drive larger ships on hydrogen, but that this would require major efforts from countries and shipping companies to make it possible.

En konceptlösning för ett elektrovinningssystem utvecklas baserat på Glenngårds (2019) tidigare arbete. Arbetet är genomfört så att det besvarar tre frågor om en potentiell konceptlösning. Frågeställningarna inkluderar vilka krav som behöver uppfyllas, design av en passande arkitektur och hur vissa konceptparametrar kan verifieras. Krav formuleras i huvudsak baserat på Glenngårds parametrar; säkerhet, kvalitet, användarvänlighet, enkelhet att tillverka, montera, underhålla systemet, kostnadseffektivitet och användning av standardiserade komponenter. Konceptet som genereras är baserat på att använda en elektrolytbehållare kring vilken andra system är fästa eller indränkta. Designen tillåter en grad av automatisering. En bruksprocess för konceptet beskrivs, relevanta komponenter förklaras och vidare utveckling föreslås. En lista med föreslagna tester för verifikation med hjälp av prototypen är också given. / A concept solution for an electro winning system is developed based on the previous work done by Glenngård (2019). This project is made to answer three questions about a potential concept solution, including what requirements need to be fulfilled, design of a suitable architecture and how to verify certain parameters of the concept. Requirements are formulated mainly based on Glenngård’s parameters; safety, quality requirements, ease of use, ease of manufacturing, ease of assembly, ease of maintenance, cost efficiency and use of standardized components. The concept that is generated is based on a single electrolyte container around which surrounding systems are attached or immersed. The design allows a degree of automatization. A process of use is described, relevant components are explained, and further developments are suggested. A list of suggested tests to be carried out for verification using a prototype is also provided.

This work aims and is based on a desire by Euromekanik AB and PowerCell AB to design a calculation model for energy optimization and dimensioning of hydrogen storage. For this, a simulation tool has been created, which in this work is evaluated based on a project Euromekanik and PowerCell have with the brewery ÅBRO. ÅBRO requests the results of 10 trucks that are to be refueled with self-produced hydrogen, the hydrogen is also to be converted and support the own electricity consumption. The hydrogen system broadly consists of an electrolyser, fuel cell and hydrogen storage.  The questions that were asked and answered was: How should the components be dimensioned? How should the warehouse be dimensioned? Which scenario is the most energetically and financially profitable? What could further expansion of energy production look like? The scenarios were divided into three different ones with different sizes of electrolyser. After that, they were divided into a and b scenarios, which had different sizes of fuel cell. When the analysis was completed, the two best scenarios with the optimal storage size was selected, then an analysis is made of how the installation of a wind turbine would have worked in combination with these systems in comparison to expanding the solar cell plant. The result obtained is that the method part answers how a calculation model for energy optimization and dimensioning of hydrogen storage can look like. Scenario 2a with storage size of 1 ton is best from an economic and energy perspective. However, if energy production were to be expanded further, scenario 3a with a storage size of 1.5 tones would be best from an energy perspective.

No description available.

The goal of this work was to better understand how molybdate and trivalent cations can be used as additives to pH neutral electrolytes to activate the Hydrogen Evolution Reaction (HER). Special emphasis was laid on the chlorate process and therefore also to some of the other effects that the additives may have in that particular process. Cathode films formed from the molybdate and trivalent cations have been investigated with electrochemical and surface analytical methods such as polarization curves, potential sweep, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), current efficiency measurements, Scanning Electron Microscope (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-Ray Fluorescence (XRF) and Inductively Coupled Plasma (ICP) analysis. Trivalent cations and molybdate both activate the HER, although in different ways. Ligand water bound to the trivalent cations replaces water as reactant in the HER. Since the ligand water has a lower pKa than free water, it is more easily electrochemically deprotonated than free water and thus catalyzes the HER. Sodium molybdate, on the other hand, is electrochemically reduced on the cathode and form films which catalyze the HER (on cathode materials with poor activity for HER). Molybdate forms films of molybdenum oxides on the electrode surface, while trivalent cation additions form hydroxide films. There is a risk for both types of films that their ohmic resistance increases and the activity of the HER decreases during their growth. Lab-scale experiments show that for films formed from molybdate, these negative effects become less pronounced when the molybdate concentration is reduced. Both types of films can also increase the selectivity of the HER by hindering unwanted side reactions, but none of them as efficiently as the toxic additive Cr(VI) used today in the chlorate process. Trivalent cations are not soluble in chlorate electrolyte and thus not suitable for the chlorate process, whereas molybdate, over a wide pH range, can activate the HER on catalytically poor cathode materials such as titanium. / Målsättningen med detta doktorsarbete har varit att bättre förstå hur trivalenta katjoner och molybdat lösta i elektrolyten kan effektivisera elektrokemisk vätgasproduktion. Tillämpningen av dessa tillsatser i kloratprocessen och eventuella sidoeffekter har undersökts. De filmer som bildas på katoden av tillsatserna har undersökts med både elektrokemiska och fysikaliska ytanalysmetoder: polarisationskurvor, potentialsvep, elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS), strömutbytesmätningar, svepelektronmikroskopi (SEM), energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS), röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), röntgenfluorensens (XRF) och induktivt kopplat plasma (ICP). Både trivalenta katjoner och molybdat kan aktivera elektrokemisk vätgasutveckling, men på olika sätt. Vatten bundet till trivalenta katjoner ersätter fritt vatten som reaktant vid vätgasutveckling. Eftersom vatten bundet till trivalenta katjoner har lägre pKa-värde, går det lättare att producera vätgas från dessa komplex än från fritt vatten. Natriummolybdat däremot reduceras på katoden och bildar filmer som kan katalysera vätgasutvecklingen på substratmaterial som har låg katalytisk aktivitet för reaktionen. Molybdat bildar molybdenoxider på ytan medan trivalenta katjoner bildar metallhydroxider. Båda typerna av film riskerar att bilda filmer som är resistiva och deaktiverar vätgasutvecklingen. Laboratorieexperiment visar att problemen minskar med minskad molybdathalt. Båda filmerna kan öka selektiviteten för vätgasutveckling genom att hindra sidoreaktioner. Filmerna är dock inte lika effektiva som de filmer som bildas från den ohälsosamma tillsatsen Cr(VI), vilken används i kloratprocessen idag. Trivalenta katjoner är inte lösliga i kloratelektrolyt och är därför inte en lämplig tillsats i kloratprocessen. Molybdat har god löslighet och kan aktivera vätgasutveckling i ett stort pH‑intervall på titan och andra substratmaterial som själva har betydlig sämre aktivitet för vätgasutveckling. / <p>QC 20120530</p> / c6839

In this thesis, two electric vehicles are compared, a fuel cellpowered vehicle and a battery powered vehicle with a conventionalvehicle with an internal combustion engine. The comparison wasdone as a life cycle assessment and consisted of two stages, avehicle stage and a fuel stage. The vehicle stage consisted ofeverything from mining minerals to recycling of the vehicles,every aspect that’s connected to the car. The fuel stage consistedof fuel production and use during the vehicle’s lifetime. The fuelconsist of electricity and hydrogen produced through electrolysis. The goal of the thesis was to understand what aspects of thelifecycle matters most in terms greenhouse gases for each of theelectric vehicles. Since there are no emissions in terms ofgreenhouse gases while driving the electric vehicles, only fuelproduction, electricity and hydrogen through electrolysis, countedtowards the fuel stage. For the vehicle with an internalcombustion engine the fuel stage consisted of gasoline productionand emissions from driving. The results showed that when comparing electric vehicles withinternal combustion vehicles, the most important aspect was theelectricity mix, with a Nordic electricity mix for most use casesthe electric vehicles where more climate friendly then theinternal combustion vehicles. The fuel cell powered vehicle usedmore electricity than the battery powered vehicle when usingelectrolysis to create hydrogen, and therefore was more sensitiveto increases in emissions from the electricity mix. When comparingthe vehicle stage, battery production causes the most emissionsfor the battery powered vehicle and the hydrogen tank caused themost emissions for the fuel cell powered vehicle.