Billig brintkatalysator af silicium vipper kostbar platin af pinden
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Billig brintkatalysator af silicium vipper kostbar platin af pinden

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.

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.) Illustration: Christian D. Damsgaard, Thomas Pedersen, Ole Hansen, Department of Micro- and Nanotechnology, Technical University of Denmark, DK-2800 Kongens Lyngby, Danmark.

Læs også: Sådan kan billig siliciumkatalysator vippe platin af pinden

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.

Dokumentation

Forskningsartikel i Nature Materials

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

.......godt nok en længere tekst, der er svær at komme igennem, for ikke læsevante.......men nedenunder overskriften, som godt nok er besværlig lang, er der en tekst, med mindre bogstaver, der blandt andet indeholder følgende meddelelse:

>>>>>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<<<<<<<<<

  • 0
  • 0

Det er ikke før midten af artiklen man finder ud af, at det er vand der spaltes. Den information ville have været rar at have i starten. Og så er jeg i øvrigt enig med Bjarke ovenfor. Hvad menes der med den sætning?

  • 0
  • 0

Uden at have checket kan jeg forestille mig at processen kan danne brintoverilte - H2O2 - som sa igen skal spaltes for at processen kan køre igen .... - men som nævnt kun en hurtig tanke ... ;)

  • 0
  • 0

Det kan måske gøre det mere klart.

Det synes jeg nu ikke det gør. Jeg læser stort set det samme, med samme logiske svaghed mht. iltproduktionen. Og så kalder man konsekvent brint for hydrogen - er der nogen rimelig grund til det?

  • 0
  • 0

Der synes at være lidt forvirring vedr. den til brintudviklingen korresponderende iltudvikling. Det vil jeg forsøge at råde bod på.

Den omtalte artikel omhandler en fotokatode. Fotokatoden er blot en komponent i et såkaldt fotoelektrokemisk tandem system.

Det komplette tandem system består i hovedsagen af
1) en fotokatode. En p-type halvleder, der absorberer den røde del af solens spektrum hvorved der dannes et elektron-hul par i halvlederen.
2) en fotoanode. En n-type halvleder, der absorberer den grønne og blå del af solens spektrum hvorved der dannes endnu et elektron-hul par.

Ideen er nu at fotoelektronerne i fotokatoden driver brintudvikling på dennes overflade: 4 e^- + 4 H^+ -> 2 H2
mens de overskydende huller fyldes af fire fotoelektroner fra fotoanoden (forbundet til fotokatoden via en ohmsk kontakt). De resterende fire huller i fotoanoden kan nu drive iltudviklingen: 4 h^+ + 2 H2O -> 4 H^+ + O2

Tandem systemet bruger altså 8 fotoner for at drive 4 elektroner (formelle redoxtrin). Dette kan synes at være spild, men det er imidlertid en rigtig smart strategi, da det ellers kun ville være den blå-violette del af solens spektrum der kunne bruges. Man vil næppe kunne nå 10% virkningsgrad (solar-to-hydrogen) med så lille en del af solens spektrum. Tandem systemet gør det muligt at udnytte lys op til omkring 1100 nm.

Artiklen omhandler kun en mulig (platinfri) fotoanode. Der mangler en passende fotoanode for at lave den færdige celle. Jagten går nu på at finde passende materialer at lave fotoanoden af.

  • Peter Vesborg
  • 0
  • 0

Er det bare mig .... men er ilten ikke ligegyldig? Der er masser af ilt i luften, så den behøver vi vel ikke, strengt taget, samle op? Det vil måske være fornuftigt fordi brinten så brænder bedre (i et rent H og O miljø).

  • 0
  • 0

Problemet er vel at få ilten separeret fra brinten, så man ikke står med en flaske knaldgas som resultat.

Jeg kunne også forestille mig at der kunne være en opgave i at sikre at ilt-ionerne samler sig til O2 og ikke reagerer med brinten i utide.

Bare tanker fra en ikke-kemiker.

  • 0
  • 0

Problemet er vel at få ilten separeret fra brinten, så man ikke står med en flaske knaldgas som resultat.

Næeh - Det er et simpelt problem. Brintmolekyler er meget mindre end iltmolekyler så man kan bruge en "si", d.v.s. en special membran, til at adskille dem med. http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_separation.

Sådan som jeg forstår det - det er længe siden jeg har haft kemi, så det er sikkert forkert - er problemet at man når man fjerner brintioner bliver der OH grupper tilbage, d.v.s at vandet bliver mere og mere basisk indtil processen stopper eller Silicium'et bliver opløst.

  • 0
  • 0

Vi er tilbøjelige til at opfatte brint og kul som værende energibærerene, men atomfysisk er det ilten, der er bæreren. Det er ilten, der, for at kunne eksisteren som atom er nødt til at skubbe sine elektroner ud i længere afstand fra kernen end de er, når ilten er en del af et molekyl som vand og CO2, og denne afstand binder energi, som frigives når ilten kan bindes til f. eks. kul eller brint.

Derfor er ilt-cirkulationen en ligeså vigtig del af energiområdet som kul og brint-cirkulationen.

vh Mogens Bülow, SDE

  • 0
  • 0