Billig brintkatalysator af silicium vipper kostbar platin af pinden
Danske og amerikanske forskere har fundet en billig og effektiv katalysator til brintfremstilling. Den består af søljer af silicium belagt med molypdændisulfid og kan erstatte dyr platin.
Silicium-søjlerne er kun 5 mikrometer i diameter, som det ses her på et elektronmikroskop-foto. (Foto: Christian D. Damsgaard, Thomas Pedersen, Ole Hansen, Department of Micro- and Nanotechnology, Technical University of Denmark, DK-2800 Kongens Lyngby, Danmark.)
Multimedia
Infografik:
Sådan kan billig siliciumkatalysator vippe platin af pinden
Læs også
-
Ny metode gør brintproduktion med vindenergi langt billigere
-
Ekspert om israelsk vandspaltning: Smuk forskning, men ubrugelig i praksis
Læs mere om
Dokumentation
Det er ikke længere nødvendigt at bruge kostbar platin som katalysator til brintfremstilling. Klynger af nanoskopiske søjler af silicium, belagt med molybdændisulfid-partikler, er lige så effektive og langt billigere.
Det har et dansk-amerikansk forskerhold fundet ud af, og resultatet er netop blevet offentliggjort i det anerkendte forskningsmagasin Nature Materials.
Brugen af molybdændisulfid er et resultat af en målrettet forskning, som gik ud på at afsløre hemmeligheder i planternes fotosyntese. Planter fungerer nemlig som solfangere, der omdanner solenergi til kemisk brændstof. Og det viser sig, at naturens egne katalysatorer, enzymerne, bruger molybdændisulfid i processen.
Den viden har været vigtig for forskernes måde at arbejde sig fremad på. For traditionelt er katalysatorer blevet fundet ved hjælp af trial-and-error-metoden. Der er blevet søgt usystematisk mellem tusinder af materialer, indtil man har fundet de bedste. Og den metode koster meget tid.
Målrettet forskning
Men med den viden, at molybdændisulfid var en del af løsningen, kunne forskerne begynde at bruge teoretiske beregninger og computersimulationer i arbejdet.
»Hvis vi kan lære at designe katalysatorer til præcis de formål, vi har brug for i stedet for blot at søge på må og få blandt tusindvis af materialer, vil det få enorm betydning for udviklingen af katalysatorer,« siger forskningsleder Jens Nørskov fra DTU i en pressemeddelelse.
Resultatet er, at når de små søjler belyses med sollys, spaltes vandet omkring dem, og brint begynder at boble op med samme effektivitet som ved en katalysator af platin. Over 10 procent af solenergien kommer ud i form af brint, der kan opsamles. Det fremgår af artiklen i Nature Materials.
Det manglende led i det store gennembrud for brintsamfundet er dog, at vandspaltning nødvendigvis også må danne ilt. Så der skal findes en ny og billig katalysator, som sørger for denne anden side af procesligningen.
»Det er den sværeste del af udfordringen, og vi forsøger at løse den efter samme fremgangsmåde som ved arbejdet med molybdensulfid. En vedvarende energiforsyning er kun bæredygtig, hvis alle har råd til den. Jeg håber, vores resultater vil bidrage til et rent og bæredygtigt brændstof,« siger Jens Nørskov i meddelelsen.
Tampen brænder
Og forskerne har faktisk allerede et tilsvarende spor at gå efter på iltsiden. Et spor, som er opnået på samme måde som på brintsiden, ved at kigge på naturens valg af løsninger.
»Der findes også co-faktorer i enzymer, for eksempel det såkaldte fotosystem II, hvor der findes et tilsvarende cubant molekyle, som består af manganoxid. Og det har vi selvfølgelig også kigget på og prøvet at lave nogle forbindelser, men det har vi ikke fået til at virke endnu,« siger professor Ib Chorkendorff fra DTU til Ingeniøren.
Det skal her nævnes, at molekyler kaldes cubane, når de er atomart opbygget som terninger.
»Vi ved, det også er muligt at katalysere ilt, for naturen kan. Og det læner vi os op ad. Men naturen betaler også en høj pris i form af ringe densitet. Naturens fotosyntese kan høste 5-6 procent af solenergien, når det hele kører bedst, og solen skinner,« siger Ib Chorkendorff og fortsætter:
»Men det meste af energien går til stofskifte, formering og cellereparation, så der bliver kun lidt tilbage som oplagret energi i planten. Dansk landbrug høster for eksempel kun 0,3 procent af solenergien, der rammer markerne på årsbasis,« siger han.
Derfor er han meget skeptisk over for folk, der mener, at vi bare skal gå over til at bruge biomasse. For det er ikke særlig effektivt.
»Danmark rammes af 200 gange så meget solenergi hvert år som hele samfundets totale energiforbrug. På verdensplan er tallet meget større, så der er rigtig meget energi, som bare daler ned over os. Så selv om naturen udfører fotosyntesen ret godt, så er effektiviteten ikke stor,« siger han.
Den menneskelig efterligning af naturen skal helst over 10 procents effektivitet, før det virkelig batter noget. Og det er altså nu muligt på brintsiden af den kunstige fotosyntese. Men iltsiden mangler som sagt.
