Danske forskere: Det haster stærkt med at finde nye katalysatorer til spaltning af vand
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 at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Danske forskere: Det haster stærkt med at finde nye katalysatorer til spaltning af vand

Elektrokemisk celle til at teste katalytisk aktivitet Illustration: DTU

Jakob Kibsgaard og Ib Chorkendorff fra DTU gør i en kommentar i Nature Energy status over de nuværende metoder til spaltning af vand, som er den mest enkle metode til at fremstille hydrogen, og de kommer med en række klare anbefalinger til deres forskningskolleger verden over.

Spaltning af vand foregår i to delprocesser:

[latex] 2H_2O → O_2 + 4H^+ + 4e^− \text{ oxidation} [/latex]

[latex] 4H+ + 4e^− → 2H_2 \text{ reduktion} [/latex]

som samlet set giver denne reaktion:

[latex] 2H_2O → 2H_2 + O_2 [/latex]

Den første delproces kaldes oxygen evolution reaktion (OER), og den bedste kendte katalysator for denne reaktion er iridiumoxid IrO2. Den anden delproces kaldes hydrogen evolution reaktion (HER), hvor den bedste kendte katalysator er platin. Begge processer kræver desuden energi, som i princippet kan skaffes fra bæredygtige energikilder som sol og vind.

Læs også: Dansk topforsker: Nye katalysatorer kan revolutionere kemi-industrien

Selv om det vil være ønskværdigt at finde alternativer til platin for HER, så skriver de to DTU-forskere, at det ikke er prohibitivt at skalere processen op med platin.

Der er langt større udfordringer med OER, hvor det selv under de meste gunstigt tænkte forhold vil kræve omkring 100 ton iridium til at anlæg, der kan levere en effekt i H2 på 1 TW.. Det skal sammenlignes med, at den årlige produktion af iridium er mindre end 10 ton om året,og prisen er er end fordoblet det seneste to år.

I en pressemeddelse fra DTU supplerer Jakob Kibsgaard med denne bemærkning:

»Hvis vi skal lykkes med at lave brint ved elektrolyse i større skala, er det vigtigt, at vi ikke overser den del af processen, der laver ilt. Når energitabet på den side er for stort, bliver den samlede elektrolyse proces ikke et økonomisk interessant alternativ. Derfor er det vigtigt fremover at få et større forskningsmæssigt fokus på den del af processen, der omhandler ilt.«

I deres kommentar peger Kibsgaard og Chorkendorff også på en række måletekniske faldgruber, som let kan få forskere til at mistolke deres data.

Emner : Kemi
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Elektrolytisk spaltning af vand til brint og ilt, regnes normalt at koste brintens brændværdi plus nogle tab i cellen. Ilten regnes blot som et spildprodukt, men man kunne vel ligesåvel regne med iltens brændværdi i en brintatmosfære, og dermed betragte brinten som spildprodukt.
Da der laves brint og ilt samtidig finder jeg det svært at skille processerne ad.
Måske opdelingen i disse to processer kan give bedre materialer til cellerne, men hvor meget kan den totale process forbedres?

  • 2
  • 3

Der er væsentligt mere fidus i at bruge en højtemperaturreaktor til at fremstille brint via den s.k. Svovl-jod cyklus:
1. I2 + SO2 + 2 H2O -> 2 HI + H2SO4 (120 °C)
2. 2 H2SO4 -> 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830 °C)
3. 2 HI -> I2 + H2 (450 °C)
Nettoreaktion: 2 H2O -> 2 H2 + O2
Effektivitet 38%(her skal man huske på, at reaktoren nok ikke ville kunne opnå mere end 50% effektivitet, hvis varmen skulle omdannes til el i stedet).

  • 5
  • 5

Hvordan udregnes denne effektivitet?
Hvis det er energien i brinten relativt til tilført energi, ser det sølle ud.
Procenter kræver at referencerne hvorfra procenterne udregnes er definerede.


Nu er det ikke mig der har beregnet det, men det er hvad jeg kan læse mig til på Wikipedia.
Hvis man i stedet bruger varmen fra en højtemperaturreaktor til at fremstille el, så vil tabet være på 50%, så det reele tab vil derfor være -((38/50) x 100)+100 = 24%, og det er jo ikke så galt. Der er processer ved samme temperaturer der giver mere, men hvori der indgår el til elektrolyse og da el har en en højere exergi end varme, så må man regne med at det reele tab vil være større.

  • 3
  • 2

Hvis opgaven er 'producer brint billigt'

skal man så producere brint med lavest muligt energiforbrug?

eller skal man producere brint, når der ellers ville være overproduktion af el, som derfor er billigt til rådighed?

Det kan også udtrykkes som
Hvordan får jeg produceret mest brint med en kilowattinme, som jeg ellers ikke ville få betalt?

  • 6
  • 1

Helt enig. Overkapacitet særlig på solcellestrømmarkedet forekommer mig at være et sted at hente meget billig energi. Kunne man måske springe convertertrinnet over, så der heller ikke slides på effektelektronikken. En primitiv elektrolyseproces, der ikke fordrer meget mere end strøm

  • 7
  • 0

Kibsgaard og Chorkendorff ved helt sikkert hvad de taler om.

I de gode gamle dage fremstillede man syntesegas (brint) ved at hælde vand på glødende kul:

C + H₂O <=> CO + H₂

I dag anvender man metoden steam reforming af naturgas:

CH₄ + H₂O <=> CO + 3H₂

En tredje muglighed er at fremstille sytesegas ud fra biomasse som jo for en stor del betår af cellulose. Cellulose er kulhydrat (kul med vand) og kan således opfattes som:

C₆H₁₂O₆ = C₆(H₂O)₆

Reaktionen er så:

C₆(H₂O)₆ <=> 6CO + 6H₂

For alle tre reaktioner gælder at CO efterfølgende kan reagere med vand via ”water-gas shift reaktion”:

CO + H₂O <=> CO₂ + H₂

Naturen har gjort det halve arbejde når man anvender biomasse til fremstilling af brint (i forhold til elektrolyse af vand med efterfølgende carbon reduktion af CO₂).

Med venlig hilsen Peter Vind Hansen

  • 8
  • 1

Hvordan kan man bo hver dag i en markedsøkonomi og så alligevel være fuldstændigt naiv om hvordan en markedsøkonomi fungerer!

Vi er ikke nødvendigvis naive, mange tak. Markedsøkonomien har mange mekanismer, og den skal i øvrigt ændres hvis de store pengetanke fortsat skal kunne trække et udbytte.
"Penge taler – og investorernes penge taler højt for den grønne agenda.
Forenet i netværket Climate Action 100+ er der tale om en samlet portefølje på mere end 26 billioner dollars (til sammenligning råder klodens 500 rigeste personer over en samlet formue på 5,3 billioner dollars).
For blot ti år siden lod mange af de selvsamme investorer ellers hånt om kritik af deres indifference over for at gøre noget ved den globale opvarmning. Vi følger loven og er sat i verden til at værne om vores kunders afkast, lød argumentationen.
Argumentationen er faktisk uændret i dag. Investorerne er ej heller ramt af klimakvababbelser.
Men modsat vores politikere, som tænker i kortsigtede fire- til otteårige valgperioder, er investorerne nødt til at tænke langsigtet i eksempelvis 40-80-årige investeringshorisonter. Og her gælder det netop at sikre egeninteresser og om at redde kundernes afkast. De er mindre eller intet værd i en fem grader varmere verden."

Se også
https://jyllands-posten.dk/nyviden/ECE1142...

  • 4
  • 3

Energieffektiviteten i processen er naturligvis væsentlig, men ikke afgørende.

Ikke afgørende, FORDI problemet som løses IKKE har andre, kendte, storskala løsninger.
Der er ingen egnede løsninger til energilagring.

Som bekendt bruger “transportsektoren” omkring 40% af vores energi (ihvertfald meget).
Hvis en væsentlig brøkdel af transporten, i den industrialiserede verden, kan drives af brint, så er det (måske et midlertidigt) skridt på vejen til CO2 reduktion.

Jeg gør opmærksom på, at PRISEN er uden betydning - fordi de fossile brændsler måske bliver endnu mere afgiftsbelagte, eller endog forbudte.
Det er fuldsændigt analogt til 70’ernes energikriser, hvor prisen på fossile produkter blev mangedoblet - og det er så fortsat til nu.

  • 5
  • 1

Præcis. Det har jeg påpeget her utallige gange. Men lige meget hjælper det.


Nok mest fordi påstanden er noget vrøvl.

Prøv at kigge på helheder i stedet:
Vi har en opgave, der skal løses. Med hvilken kombination af elproduktion og ellagring får vi opgaven løst billigst muligt?

At fokusere isoleret på indflydelsen på elpriser på bestemte tidspunkter er en irrelevant detaljefiksering.

Hvis vi samlet set får opgaven løst billigst muligt ved at etablere overkapacitet af elproduktion og "underkapacitet" af lagring, så vil denne løsning også fungere under markedsvilkår, medmindre vi med afgifter, tilskud, restriktioner osv. forvrider markedsmekanismerne.

  • 12
  • 3

Hvad er top 3 bedste ( billigste) metode til at lagre strøm ?
Korttidslagring op til 24 timer :
1. Eksport af el **
2. ?
3. ?

Langtidslagring :
1. Vandkraft lager i Norge.**
2. ?
3. ?

**
** Javist sælger vi noget af tiden el billiger fra vindmøller end vi en genkøber el til men det er jo langt mindre "tab" end eks ved at fremstille brint som lager.
Når Elbiler bliver væsentligt mere udbredt så ligger der vel en potientel buffer i de batterier. Især hvis vi stiller krav om at Elbiler skal have VTG ( Fra bilbatteri til net) funktion ?

  • 5
  • 3

"Der er langt større udfordringer med OER, hvor det selv under de meste gunstigt tænkte forhold vil kræve omkring 100 ton iridium til at anlæg, der kan levere en effekt i H2 på 1 TW."

1 TW lyder også af ganske meget. Hvor meget el skal der til for at drive sådan et anlæg? Hvis vi antager en virkningsgrad på 2/3 (inkl. kompression), skal der bruges 1,5 TW. Det er et tal, jeg har hevet lige ud af luften i mangel af bedre.

Hvor stor mængde elektrolyseanlæg skal der så bygges årligt for at følge med væksten i udbygning af sol og vind?

Der blev i 2018 installeret 54 GW vindmøller og 109 GW solpaneler på verdensplan. Selv hvis alle vindmøller og solpaneler inden for "rækkevide" af et elektrolyseanlæg producerer max. på samme tid, vil det vel ikke være optimalt at putte hele produktionen i elektrolyseanlægget. Noget af elproduktionen skal jo gå til øjeblikkeligt forbrug, noget vil ende i ellagring, noget vil gå forbrug, som er tidsforskydeligt. Og noget af produktionen smider vi måske bare væk, fordi det ikke kan betale sig at bygge et elektrolyseanlæg for den ene time om året, hvor det lidt mindre elektrolyseanlæg ikke kan følge med.

Så der skal nok ikke bygges 163 GW elektrolyseanlæg om året, blot fordi man har bygget 163 GW produktionskapacitet om året. Det optimale tal vil sandsynligvis være en lille brøkdel af de 163 GW. Hvis vi gætter på 20%, ender vi på et elektrolyseanlæg, der bruger 33 GW. Altså lidt over 2% af det nævnte anlæg.

Så ved jeg godt, at de nævnte 100 ton iridium svarer til 10 års nuværende udvinding, og at der også er andre forbrugere af iridium (vi må jo antage, at de 10 tons er det, der er efterspørgsel på nu - ellers ville det ikke blive udvundet). Men med tallene ovenfor, skal iridiumudvindingen i første omgang kun skrues op med 20% for at følge med udbygningen af sol og vind.

Efterhånden som den årlige udbygning forøges, bliver behovet naturligvis større, hvis man holder fast i min løse forudsætning om, at 20% af udbygningen skal kunne puttes i nybygget elektrolysekapacitet. Og det er da fint, at nogen er i gang med at finde ud af, hvad man så kan gøre. Men jeg synes nok, at "haster stærkt" er et lidt overdrevet budskab.

  • 5
  • 0

Der er jo nok en årsag til at vindmøllerne ikke synes det kan svare sig at lave brint. Man kan så undre sig over hvorfor så mange andre synes det er godt.


På nuværende tidspunkt, kan det ikke svare sig. Rundt omkring i verden kører kulkraftværker og fyrer kul af. Når en vindmølle kører, så eksporterer vi billigt vindmøllestrøm, og der brændes mindre kul og gas af. Det betaler sig ikke, at lave brint, så længe at vi kan vælge at skrue ned for kulkraft i stedet. Vi manger globalt masser af vindmøller, før at brint betaler sig. Selvom vindmøllerne ikke kan komme af med strøm hele tiden, er vi ikke nået det punkt, hvor brint betaler sig - for det betaler sig stadigt, at opsætte en ekstra vindmølle. Først, på det tidspunkt, at det ikke betaler sig, at opsætet vindmøller, uden at samtidigt anvende f.eks. brint teknologi, så har vi nået det punkt, at det betyder noget.

Den bedste teknologi på nuværende tidspunkt til at spare CO2, er at opsætte vindmøller. Vi skal forske i nye metoder, så vi kan fortsætte, når flere vindmøller ikke mere er nok.

  • 7
  • 1

Der er væsentligt mere fidus i at bruge en højtemperaturreaktor til at fremstille brint via den s.k. Svovl-jod cyklus:
1. I2 + SO2 + 2 H2O -> 2 HI + H2SO4 (120 °C)
2. 2 H2SO4 -> 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830 °C)
3. 2 HI -> I2 + H2 (450 °C)
Nettoreaktion: 2 H2O -> 2 H2 + O2
Effektivitet 38%(her skal man huske på, at reaktoren nok ikke ville kunne opnå mere end 50% effektivitet, hvis varmen skulle omdannes til el i stedet).

Processen vil samtidigt give en masse varme ved ideel temperatur til fjernvarme, hvilket jo vil gøre den ganske egnet her i landet og hive den samlede effektivitet op.

Hvis man påregner at bygge et elektrolyse anlæg kun for at producerer i overskuds måneder, så hiver det næppe nogen effektivitet op og det vil være mere effektivt samlet at stoppe møllerne. Det vil heller ikke økonomisk kunne konkurrerer med fossiler, som reformeret naturgas, hvilket i forvejen giver meget lidt klimamæssig mening.

Overvej at bruge en masse dyre metaller som platin og iridium der får et TW anlæg til at ligne Fort Knox og så kun producerer i nogle måneder om året. Lyder "lidt" gak gak...

  • 4
  • 1

Hvor meget er utroligt meget ?
Tag udgangspunkt i en vindmøllepark på 600 MW. Lad 50% gå til nettet. Lad de 50% gå til brintproduktion. Effekten skal naturligvis omregnes til energi - lad os sige 12 GWh for en beregningsperiode (to døgn).
Spørgsmål, efter fradrag af alle tab osv., hvor meget energi (af de brugte 50% af 12 GWh) kan leveres tilbage i en viindstille periode ? Lad os sige 50% af de 50%. Altså 3 GWh.

Så det samlede anlæg kan måske fra vind på to dage levere nævnte 6GWh, og på trediedagen levere det samme fra oplagret brint.

Hvad mon dette brintlager fylder ? Og kan det ikke bare ligge i tanke på havbunden ?

  • 2
  • 1

Spørgsmål, efter fradrag af alle tab osv., hvor meget energi (af de brugte 50% af 12 GWh) kan leveres tilbage i en viindstille periode ? Lad os sige 50%


Det ville være en verdenssensation. 30-40% er nok mere realistisk.

Hvad mon dette brintlager fylder ? Og kan det ikke bare ligge i tanke på havbunden ?

Hvorfor er folk altid så vilde med at have lageret etableret på samme lokation som vindmøllerne?

I princippet kan man måske nøjes med en underdimensioneret elforbindelse, fordi lageret kan barbere nogle spidser af produktionen. Men til gengæld vil lageret være dyrere at etablere og drive ude på havet. Og hvis man virkelig gør alvor af at underdimensionere elforbindelsen, har man afskåret sig fra muligheden for at sende den fulde elproduktion i land på tidspunkter, hvor den ville kunne afsættes.

  • 6
  • 1

Brug overskydende vindenergi til at pumpe vand op i et bassin, hvorfra det på traditionel vis kan laves til energi i et vandkraftværk?
Om ikke andet skal der ikke bruges 'eksotiske' grundstoffer og processer. :)

  • 2
  • 1

Brug overskydende vindenergi til at pumpe vand op i et bassin, hvorfra det på traditionel vis kan laves til energi i et vandkraftværk?
Om ikke andet skal der ikke bruges 'eksotiske' grundstoffer og processer. :)


Hvis du har nogle km højdeforskel og et naturligt bassin, er det en rigtigt god ide. Som allerede bliver brugt på steder, der har disse forhold.

Hvis du først skal til at bygge bassinet og ikke har en meget stor højdeforskel, er projektet dødsdømt.

  • 5
  • 0

Jeg kan ikke læse artiklen, men 1TW er altså voldsomt meget at sammenligne med.
Den danske elproduktion ligger omkring 4GW. Produktionen/forbruget i Norge Sverige og Danmark er vel 30GW. Ikke engang hele EU producerer noget i retning af 1TW.
Derfor er behovet måske ikke så voldsomt, og et lidt større tab kunne måske accepteres med ikke optimale men billigere materialer.

  • 1
  • 2

En cyklus hvor brint bruges til bevægelses- og varmeenergi via elektrolyse og elfremstilling i brændselsceller er en fuldstændig emissionsfri cyklus.
Langt hurtigere og bedre end bioenergi der har mange års cyklus, med mange andre konsekvenser.

Ilt kan endvidere bruges i naturgenopretningsprojekter
Ilt kan derfor tilskrives en værdi.

  • 2
  • 0

Brug overskydende vindenergi til at pumpe vand op i et bassin, hvorfra det på traditionel vis kan laves til energi i et vandkraftværk?
Om ikke andet skal der ikke bruges 'eksotiske' grundstoffer og processer. :)


Vi har ikke geografien til det i Danmark og selvom vi havde, så skulle der for hvert reservoir man ville benytte til pumpelaging bygges en ny dæmning længere nede og afsættes et stort areal til at blive oversvømmet som reservoir, da der ellers ikke vil være (fersk)vand at pumpe op i det øvre reservoir. Dyrt, ressourcekrævende og miljøskadeligt, da det effektivt ville hindre mange fisk i at nå deres gydepladser.

  • 3
  • 0

På Stevns findes der et såkaldt fiskelerlag der er ca. 60 mio år gammelt. Da en kæmpe meteor faldt ned iMexico, og skabte et 120 km bredt krater, og udrydede dinosauerne. Meteoren medbragte iridium, som i fiskelerlag aflejringer på Stevns har ca 100 gange forhøjet iridium. Det burde kunne mines. Ikke på klinten men ved kalkbruddene.

  • 0
  • 2

Det her er en bold jeg kaster op, men i Grønland er der masser af vand, vand som kan opdæmmes og bruges til at skabe energi.

Af givne årsager bruges der ikke ret meget energi/strøm på Grønland, da befolkningstallet er meget lille, men kunne man forestiller sig, at private investore her kunne bygge store værker der kunne omdanne elektricitet til flydende brint, som så herfra via tankskibe kunne eksporteres ud i verden til bil, tog, fly, brændselscellefyr og elværkers drift?

Jeg er godt klar over at teknologien i storskaledrift måske ikke er klar og at det vil kræve massive investeringer, men på den anden side set, så vil vandmagasinerne aldrig tørre ud, som de til tider gør i Norge, så man vil umiddelbart kunne få en stabil leverance og energikilde på den vis.

  • 1
  • 1

opgaven er 'producer brint billigt'

Med til forretningsmodellen hører markedsprisen for brint, herunder betaling af tankstationer. Såfremt stationer kræver store sikkerheds-foranstaltninger og -områder, reduceres værdien
https://www.tu.no/artikler/hydrogenstasjon...
https://www.nrk.no/norge/eksplosjon-ved-hy...
Denne station er (såvidt jeg husker) også en elektrolysestation.

Jeg ser brint som brugbart i visse nicher, fx færger på mellemdistance hvor batterier bliver for tunge. Elektrolysens energitab kunne nyttiggøres i fjernvarme, men det kræver at sikkerheden er iorden, og store uheld kan omvendt kræve stor sikkerhedsafstand fra byer.

  • 0
  • 0

(Jeg gætter på at processen er endotherm. Hvor skulle energien ellers komme fra?).

Det interessante ved denne proces er, at den bruger varme, og ikke strøm. Og varme er noget helt andet, og somme tider en del billigere end strøm.
Der findes en del solenergianlæg, der i stedet for solceller fokuserer sollyset på en passende genstand, der således kan blive meget varm. Så vidt jeg kan se, burde iod-svovl-processen kunne integreres i et sådant anlæg (om det så er en god ide er et andet spørgsmål).

Dette forekommer i hvert fald at være en bedre ide end at bruge solcellestrøm:
a) Solskin -> el: ca 25%, el-> enthalpi: 100%, enth. -> brint via IS: 38% ==> ca 10%
b) Solskin -> enthalpi: 80% (gæt), og 38% igen ==> ca 30%

til sammenligning:
c) Solskin -> el: ca 25%, el -> H2 via elektrolyse: 60% ==> ca 15%

/Niels

ps: IMHO, Alt hvad der har hjul under bør omstilles til eldrift (og ikke brintdrift).

  • 0
  • 0

Hvorvidt det kan betale sig at producere bring afhænger på udgift siden af forholdet imellem de faste og de variable omkostninger forbundet med at producere brint

Hvis vi forestiller os det at producere brint primært er forbundet med variable omkostninger i form af indkøbsprisen på strøm, så vil det naturligvis let kunne betale sig blot at kører anlægget på vindfulde nætter hvor prisen på strøm er tæt ved eller under 0. i sådan et scenarium vil brint være den oplagte kandidat til at løse den energilagringsproblematik der er forbundet med vedvarende energi.

Hvis vi omvendt forestiller os at det at producere brint primært er forbundet med faste udgifter til etablering og drift af anlæg. Så vil det være mest rentabelt at kører anlægget hele døgnet rundt uagtet af elpriser, og energimix. (eller som vi ser nu, overhoved ikke rentabelt)

Hvis brint skal være en central spiller i den fremtidige energiforsyning, så skal graden af faste udgifter forbundet med produktionen reduceres, enten ved at lave billigere anlæg eller skalere produktionen op.

  • 1
  • 0