Flytande vätgas i flyg: smart lagring och kylning

Flygets utsläpp är en av de svåraste knutarna i omställningen. För korta sträckor räcker batterier ibland, men när du vill lyfta 100 passagerare och hålla dig i luften länge blir energitäthet brutalt avgörande. Därför är en siffra från ny forskning extra talande: ett optimerat system för flytande vätgas kan nå ett gravimetriskt index på 0,62 – alltså att 62 % av hela bränslesystemets vikt är användbart bränsle.

Det låter kanske nördigt, men det är precis den typen av systemtänk som avgör om nollutsläppsflyg blir en verklig produkt eller ett powerpoint-löfte. Det mest intressanta i studien är nämligen inte bara tanken – utan att vätgasen gör dubbel tjänst: bränsle och kylmedia för flygets el- och kraftsystem.

I den här delen av serien ”AI inom energi och hållbarhet” tittar jag på vad ett integrerat kryogent vätgassystem betyder i praktiken, varför AI nästan är en förutsättning för att få det att fungera robust i drift, och vilka lärdomar som faktiskt går att ta med sig till energisystem på marken.

Varför flytande vätgas är intressant – och varför den är krånglig

Svar först: Flytande vätgas är intressant för att den har hög energi per kilogram och kan ge noll koldioxidutsläpp i användning, men den är krånglig eftersom den kräver extrem kyla och tar stor volym om den inte kondenseras.

Vätgas pekas ofta ut som ett realistiskt alternativ för utsläppsminskning i flyget av ett enkelt skäl: hög energitäthet per vikt. Det är vikt, inte volym, som straffar flyg hårdast.

Men vätgas har en baksida som många underskattar: låg densitet. Om du inte kyler ner den till vätska måste du lagra den som gas under högt tryck, vilket blir volymkrävande och systemtungt. Flytande vätgas lagras vid ungefär -253 °C, vilket gör att hela flygplanets bränslesystem blir ett kryogent projekt.

Det är här många koncept fastnar. Inte för att vätgasen saknar potential, utan för att det är svårt att få ihop:

• Vikt (tankar, isolering, rör, ventiler, värmeväxlare)
• Säkerhet (ventning, tryckstyrning, läckagehantering)
• Termisk kontroll (värmeläckage in, kylbehov ombord)
• Driftbarhet (bränsleflöden som matchar flygfaser)

Det smarta med forskningen bakom RSS-artikeln är att man angriper allt som ett enda optimeringsproblem.

Genombrottet: ett integrerat system som både lagrar, matar och kyler

Svar först: Den föreslagna designen kombinerar lagring, bränsleleverans och kylning i samma vätgasflöde, vilket minskar extra hårdvara och förbättrar total effektivitet.

Studien beskriver ett system för ett 100-passagerars hybrid-elektriskt flygplan där el produceras av både vätgasbränsleceller och vätgasturbin-drivna supraledande generatorer. Det är en viktig detalj: ombord finns då komponenter med stora effektbehov och betydande spillvärme.

I stället för att bygga ett separat kylsystem utnyttjar man vätgasens ”gratis” kyla: man låter den ultrakalla vätskan passera genom en stegad kedja av värmeväxlare, där den först kyler kryogena komponenter och därefter varmare komponenter.

Stegvis värmeintegration (varför ordningen spelar roll)

Svar först: Genom att kyla de kallaste komponenterna först och de varmare senare maximerar man nyttan av vätgasens låga temperatur och får samtidigt rätt inloppstemperatur till bränsleceller och turbiner.

Vätgasen behöver ändå värmas upp innan den går in i bränsleceller och turbiner. Att ”värma upp” låter som slöseri, men här blir det tvärtom: du använder spillvärme från system som annars hade krävt extra kylning.

Den typiska logiken i den stegade lösningen:

1. Kryogena/effektiva komponenter först (t.ex. supraledande generatorer och kablar)
2. Mellan- till högtemperaturkomponenter sedan (motorer, drivsystem, kraftelektronik)
3. Förvärmning till rätt bränslecellsvillkor sist

Resultatet: färre separata kylslingor, mindre komplexitet, och en tydligare energibudget ombord.

Siffran som avgör: gravimetriskt index 0,62

Svar först: Ett gravimetriskt index på 0,62 betyder att 62 % av bränslesystemets totalvikt är vätgas, vilket är en stor förbättring när varje kilo påverkar räckvidd och last.

De flesta som pratar vätgastankar pratar ”tankspecifikation”. Forskarna gör något bättre: de räknar på hela bränslesystemets massa – inklusive tankstruktur, isolering, värmeväxlare, cirkulationsutrustning och arbetsmedier – och optimerar det som helhet.

Det är mer verklighetsnära. För flyg är det totala systemets vikt som spelar roll, inte hur elegant tanken ser ut i en CAD-modell.

I optimeringen justerar man bland annat:

• Venttryck (påverkar kokning/ventning och flödesstyrning)
• Värmeväxlargeometri (påverkar värmeupptag och tryckfall)
• Systemlayout (hur kyl- och bränsleflöden kopplas)

Att nå 0,62 är inte ”lite bättre”. Det är skillnaden mellan ett koncept som kräver orimliga kompromisser och ett som kan integreras i en riktig flygplansarkitektur.

Pumpfritt bränsleflöde: tryckstyrning i stället för mekaniska pumpar

Svar först: Pumpfritt flöde minskar vikt och risk i kryogen drift genom att styra vätgasflödet via tanktryck, justerat med gasinjektion och ventning.

Pumpar i kryogena system är en mardröm ur både vikt- och tillförlitlighetsperspektiv. De kan introducera oönskad värme, kräver underhåll och kan vara känsliga vid extrem kyla.

Här väljer man en annan väg: tanktrycket driver flödet. Trycket regleras med två mekanismer:

• Injektion av vätgasgas från en högtryckscylinder för att höja trycket
• Ventning av vätgasånga för att sänka trycket

Och det riktigt viktiga: systemet kopplas i en återkopplingsslinga där sensorer och effektbehov under flygfaser styr trycket i realtid.

Simuleringar visar ett leveransflöde upp till 0,25 kg/s, vilket räcker för ungefär 16,2 MW elektriskt effektbehov vid start eller en ”go-around” (när man avbryter landning och drar på igen). Det är siffror som placerar lösningen långt bortom små elflygplan; vi pratar regional kapacitet.

Där AI kommer in: vätgasflyg kräver prediktion, inte bara reglering

Svar först: AI behövs för att förutse effektbehov, optimera tryck- och termiska profiler och upptäcka avvikelser tidigt, eftersom kryogena system har tidsfördröjningar och säkerhetskritiska gränser.

Klassisk reglerteknik räcker en bit. Men i praktiken beter sig ett kryogent system som en kombination av:

• Tröga termiska processer (isoleringsläckage, värmeupptag, förångning)
• Snabba effekttransienter (start, stigning, landning, omstart)
• Säkerhetskritiska begränsningar (tryck, temperatur, ventning)

Det betyder att en ”reaktiv” strategi blir sämre än en prediktiv.

Tre AI-tillämpningar som ger direkt nytta

Svar först: Prediktivt styrstöd, digital tvilling och avvikelsedetektering är de mest värdeskapande AI-områdena för kryogena vätgassystem.

1. Prediktiv styrning (MPC + ML)

   • Flygprofilen är känd i förväg till stor del.
   • AI kan förbättra prognoser för effektuttag och kylbehov per fas.
   • Det minskar onödig ventning och stabiliserar tanktrycket.

2. Digital tvilling av bränsle- och kylsystemet

   • En realtidsmodell som jämför ”förväntat” mot ”uppmätt”.
   • Bra för test, certifieringsunderlag och driftoptimering.
   • Jag har sett i energibranschen att digitala tvillingar ofta ger snabbast ROI när de kopplas till tydliga operativa beslut.

3. Avvikelsedetektering och prediktivt underhåll

   • Små förändringar i temperaturgradienter, boil-off-mönster eller ventilbeteende kan vara tidiga varningssignaler.
   • Anomali-modeller kan larma innan ett problem blir en incident.

Det här är också ett tydligt band till vårt tema AI inom energi och hållbarhet: samma metoder används redan i smarta elnät och industriprocesser. Skillnaden i flyg är att toleranserna är snävare och konsekvenserna större.

Från flygplan till energisystem: vad branscher kan låna av varandra

Svar först: Principerna bakom kryogen vätgas i flyg—systemoptimering, värmeintegration och intelligent styrning—är direkt överförbara till vätgaskedjor på marken.

Det är lätt att avfärda flyg som ”sin egen värld”. Men tre idéer är högst relevanta även för energisystem och hållbar infrastruktur i Sverige:

• Systemnivå före komponentnivå. Att optimera en tank utan att räkna på ventning, rör, värmeväxlare och styrning ger fel svar.
• Spillvärme som resurs. Vätgasen behöver förvärmas; industrin behöver kylas; fjärrvärme behöver värme. Matchning är en designfråga.
• Styrning är en energifråga. Hur du reglerar tryck, temperatur och flöden avgör både verkningsgrad och utsläpp.

I en nordisk kontext, där elmixen ofta är relativt ren och vintern driver effektbehov, är det extra intressant att tänka ”integrerat”: vätgasproduktion, lagring, distribution och användning kan behöva optimeras över dygn och säsong. Den typen av optimering är AI:s hemmaplan.

Vanliga följdfrågor jag får (och raka svar)

Är vätgasflyg alltid bättre än hållbara flygbränslen (SAF)?

Svar först: Nej—på kort sikt är SAF ofta enklare att skala i befintlig flotta, men vätgas är en mer strukturell väg till noll CO₂ i drift för nya flygplansgenerationer.

SAF kan sänka nettoutsläpp beroende på råvara och process, men det lämnar fortfarande förbränningsrelaterade utsläpp och andra effekter. Vätgas öppnar för elbaserade drivlinor och helt andra flygplansarkitekturer. Jag tror båda behövs: SAF som bro, vätgas som ny plattform.

Vad är största praktiska hindret just nu?

Svar först: Infrastruktur och certifiering, inte bara teknik.

Du behöver produktion av grön vätgas, kryogen logistik, flygplatsprocesser, och en säkerhetsregim som luftfarten accepterar. Tekniken kan mogna snabbt; systemet runt omkring tar tid.

Nästa steg: så kan ni använda insikterna redan 2026

Flygbranschen är konservativ av goda skäl. Men för energibolag, industriföretag och teknikleverantörer finns det redan nu konkreta sätt att agera:

1. Bygg en digital tvilling för vätgas- och kylkedjan (även om ni börjar på marken).
2. Sätt KPI:er som liknar gravimetriskt index – alltså andel ”nytta” per systemmassa/kostnad/energiförlust, inte bara komponentprestanda.
3. Planera AI-styrning som en del av säkerhetsarkitekturen från dag ett, inte som ett extra lager i slutet.

Utvecklingen mot integrerade vätgassystem i flyg visar något jag tycker fler borde ta till sig: hållbar teknik blir verklighet när energiflöden, värmeflöden och styrning designas tillsammans.

Om du skulle designa din egen ”integrerade kedja” – från förnybar el till vätgas till användning – vilken del är mest underoptimerad hos er idag: lagring, termik eller styrning?