Ny katalysator öppnar för storskalig produktion av vätgas

Ett internationellt forskarlag lett från Umeå universitet har uppfunnit ett system för storskalig produktion av vätgas som är både billigt att tillverka, fungerar på ett stabilt sätt, och som kan drivas med förnybar energi. Resultaten har publicerats i prestigefyllda Scientific Reports, utgiven av Springer Nature.

Vätgas, och bränsleceller drivna av vätgas, diskuterades under tidigt 2000-tal som energibäraren som skulle vara avgörande i utfasningen av fossila bränslen och dessas upphov till klimatförändringar. Fastän enorma summor investerades i att utveckla system för vätgasproduktion och – lagring, insåg man successivt att utmaningen med att hitta ett hållbart sätt att producera och använda vätgas på förnybar väg var större än man trott.

Det forskarna från Sverige, Finland och Vietnam nu lyckats med är att tillverka en katalysator baserad på kolskum av materialet melamin, kommersiellt tillgängligt till ett överkomligt pris; och att tillsätta en form av den naturligt förekommande metallen kobolt, i en tredimensionell struktur som på ett stabilt sätt agerar elektrod i tekniksystem som helt enkelt delar vatten till dess beståndsdelar.

Vatten består som bekant av grundämnena syre och väte. Båda är energirika och har stora användningsområden. Skulle man lyckas skapa ett system som kostnadseffektivt och kontinuerligt kan producera stora mängder vätgas, kan det till exempel användas i produktionen av drivmedel som diesel och flygplansbränsle, via kända mellansteg som även används i produktionen av fossilbaserade kolväten.

– Systemet vi har tagit fram är robust, skalbart och billigt. En ytterligare stor fördel är att vi använde en alkalisk saltvattenlösning. I princip skulle man kunna driva de här systemen med saltvatten från havet, säger Jyri-Pekka Mikkola, professor vid Umeå universitet och en ledande figur i forskningsmiljön Bio4Energy.

I sina laboratorieexperiment har forskarna använt pyrolys, en form av högtemperaturbehandling, för att starta den reaktion som katalysatorn sedan skyndar på, och som får vattendelningen, kallad elektrolys på fackspråk, att ske. Under framtida industriella förhållanden blir det istället fråga om att använda solenergi eller en annan förnybar energikälla för att ge den elektriska impuls som behövs för att driva reaktionen.

– Det här är ett system som generar väte och syre. Rent syre är explosivt och mycket energirikt. Väte är en väldigt mångsidig resurs. Du kan bränna det direkt till energi. Sedan kan du reducera material, till exempel i framtidens ståltillverkning. I dag pumpar du in en massa cox i masugnen (för att omvandla järn till stål, reds. anm.). Då bildas samtidigt koldioxid. I stället skulle man i princip kunna mata in väte som reduceringsmedel, och då bildas ingen koldioxid. I dagens läge är det inte realistiskt eftersom väte är mycket dyrare och gjort av fossil naturgas, säger Jyri-Pekka Mikkola.

Om Bio4Energy:
Bio4Energy är en stark forskningsmiljö inom bioenergi- och bioraffinaderi. Miljön inbegriper Umeå universitet, Sveriges lantbruksuniversitet i Umeå och Luleå tekniska universitet, forskningsinstitut och ett omfattande industrinätverk.
Läs mer om Bio4Energy

Om studien:
Tung Ngoc Pham, Tiva Sharifi, Robin Sandström, William Siljebo, Andrey Shchukarev, Krisztián Kordás, Thomas Wågberg, Jyri-Pekka Mikkola. Robust hierarchical 3D carbon foam electrode for efficient water electrolysis, Scientific Reports, 7:6112. Publicerad på internet 170721.

För mer information, kontakta gärna:

Jyri-Pekka Mikkola, professor vid kemiska institutionen, Umeåuniversitet, forskare i Bio4Energy
Telefon: 090-786 52 84
E-post: jyri-pekka.mikkola@umu.se

Text: Anna Strom