Verden står over for en stor energimæssig udfordring med udfasning af fossile brændstoffer til fordel for bæredygtige energikilder.
Da verden samtidig bliver mere og mere elektrificeret, kunne man tro, at interessen for kemiske brændstoffer vil blive mindre og mindre. Men det er ikke tilfældet, for selv om der sker fremskridt inden for batteriteknologi, så er der stort potentiale i lagring af energi i molekyler.
Det er en teknik, naturen selv benytter. Med de fossile brændstoffer frigiver vi i dag energi, som naturen har bundet for millioner af år siden baseret på optag af CO2.
Fossile brændstoffer, der frigiver CO2 til atmosfæren, er problematiske i forhold til den globale opvarmning, men de har i øvrigt mange fordele. De er lette at transportere og lagre og kan indeholde meget energi i forhold til rumfanget. Men i fremtiden bliver det altafgørende at lukke CO2-kredsløbet, som naturen selv gør det.
Det var et af hovedbudskaberne fra Robert Schlögl, leder af Fritz- Haber-Institut der Max-Planck- Gesellschaft i Berlin, ved åbningen i sidste uge af det nye Villum Center for the Science of Sustainable Fuels and Chemicals ved DTU.
Udfordringen består bl.a. i at opsamle CO2 og omdanne dette med brug af vedvarende energi fra sol og vind til kemikalier, der senere kan bruges som brændstoffer, som så frigiver den tidligere indvundne mængde CO2.
Robert Schlögl havde en klar mening om, hvem der kan gøre dette:
»Ib has to do the job.«
Ib er professor Ib Chorkendorff fra DTU, som er leder af det nye center.
»Kan jeg mærke presset? Ja, det kan jeg,« sagde Ib Chorkendorff efterfølgende, men understregede dog også, at der ikke er tale om en opgave, der kun hviler på hans skuldre:
»Vi har et superteam og et godt Advisory Board (der bl.a. inkluderer Robert Schlögl, red.). Vi har lovet at levere afgørende bidrag til forskning inden for området, og jeg er overbevist om, det vil lykkes.«
Problemstillingen er altså velbeskrevet. Det samme er sådan set løsningen og det store problem, som under ét består i at udvikle effektive, driftstabile og billige katalysatorer.
Omdannelsen af CO2 til kemisk brændstof eller spaltning af vand i hydrogen – som senere kan bruges i brændselsceller – og oxygen kræver nemlig energi. Og med dagens metoder bruger man langt mere energi til at danne produkterne, end man siden kan hente ud af dem.
Haber-Bosch-processen til produktion af ammoniak blev udviklet af den tyske kemiker Fritz Haber i begyndelsen af 1900-tallet og siden opskaleret hos BASF i samarbejde med Carl Bosch.
Processen består i al sin enkelhed i at tage et nitrogenmolekyle (N2) og tre hydrogenmolekyler (3H2) og få den til slutte sig sammen til to ammoniakmolekyler (2NH3). At bryde bindingerne i nitrogenmolekylet er dog ikke let; selv naturen har faktisk ikke af sig selv fundet en særlig effektiv metode hertil. I den oprindelige Haber-Bosch-proces brugte man osmium som katalysator.
»Efterfølgende testede BASF 22.000 forskellige materialer og fandt, at jernbaserede katalysatorer var bedst. I 2009 viste Jens Nørskov, at en katalysator baseret på cobalt og molybdæn (CoMo) var bedre og billigere,« forklarede Nicola Marzari fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ved åbningen.
Historien illustrerer på bedste vis, at det ikke er en simpel opgave, forskerne står over for.
Kemisk katalyse har været kendt siden 1800-tallet, og den fundamentale teori baseret på Sabatier-princippet (se grafik) har været kendt lige så længe som Haber-Bosch-processen. Men at finde gode katalysatorer var længe et hårdt trial and error-arbejde, hvor man ledte i blinde, indtil man faldt over noget, som kunne bruges.
Da Jens Nørskov identificerede CoMo-katalysatoren, var han professor ved DTU. I dag er han professor ved Stanford University i Californien, men stadig med stor kontakt til det danske forskernetværk.
Han er en af nøglepersonerne i det nye center, og han har været en helt central person i at udvikle teoretiske metoder, så man ved computerberegninger kan finde de mest lovende materialer, som kemikere, eksperimentalfysikere og ingeniører siden hen kan teste i praksis, uden at de behøver at bruge tid på noget, som med garanti ikke vil virke.
Arbejdsmetoden bliver central i mange af de konkrete forskningsprojekter, centret skal arbejde med.
»Vi ved, der ingen garanti er for resultater, men vi er villige til at løbe risikoen,« sagde bestyrelsesformand Jens Kann-Rasmussen fra Villum Fonden, der støtter centeret med 150 mio. kr. over otte år, i forbindelse med åbningen.
Det nye forskningscenter er ikke ene i verden om at angribe denne problemstilling, men dansk forskning har gennem mange år været blandt verdenseliten med jævnlige publikationer i de førende internationale tidsskrifter og stærkt internationalt samarbejde.
Der er et berettiget håb og en forventning om, at det vil fortsætte og yderligere styrkes, baseret på den nye kæmpebevilling.
Hurtige løsninger skal man dog ikke vente sig.
Som optakt til klimatopmødet i Paris i december 2015 udpegede Bill Gates bl.a. direkte omdannelse af solenergi til ‘solar chemicals’ som et område, han vil støtte forskning i.
Denne proces vil også blive studeret i det nye center, men Ib Chorkendorff sagde ved lanceringen af Bill Gates’ plan til Ingeniøren, at det nok vil tage 15-20 år at udvikle en konkurrencedygtig teknologi.
Projektledernes gennemgang af de seks underprojekter i centeret indikerede heller ikke, at vi umiddelbart skal forvente nye store gennembrud i løbet af kort tid.
Centeret vil tilsyneladende fokusere på at levere god forskning gennem et langt sejt træk.
»Hvis det lykkes, kan vi altid ansøge om flere penge,« sagde Ib Chorkendorff.
Ved at fokusere på flere delprojekter inden for området laver centeret en form for forskningsmæssig risikospredning.
Det kan være fornuftigt, hvis det ikke er soleklart, hvilke delprojekter der har størst chance for at give et samfundsmæssigt betydningsfuldt resultat inden for tidsperioden, men det indebærer også en risiko for, at bevillingen bliver smurt for tyndt ud.
Man kunne måske savne en mere Elon Musk-agtig tilgang til at love en bestemt løsning og sætte handling bag sådanne ord. Men kun fremtiden kan vise, hvilken tilgang der er bedst.
Når den energi som til overflod rammer jorden hele tiden ingenting koster, så er det ikke altafgørende om vi udnytter den med 50 eller 70 eller 90 procent. At sammenlige dette med fossiler, som har været lang tid undervejs, som forurener og som en dag slipper op?
Er der nogen der har regnet på den energi som undslipper vores græsgange?
Det bliver en stor dag når man acceptere dette.
Og jeg glæder mig ikke desto mindre over Villum Fonden og alle som arbejder for en god sags tjeneste. Stort hurra. :)
Når denne energi skal høstes har det stor betydning hvor stor og dyr mejetærskeren er nødt til at være, alt andet lige er en bedre udnyttelse med til at gøre det økonomisk og praktisk muligt.
Det er en stor misforståelse at vedvarende energi er gratis. Hvad enten man udnytter sol eller vind, så koster anlæg og vedligehold. Og så er hverken pris eller virkningsgrad ligegyldig.
Selvfølgelig betyder det noget hvad det koster. Ofte bliver der desværre sammenlignet med fossiler, uden at man tager oprydningen med. At fossilerne efterlader noget som på sigt ikke er godt og som kommer til at koste X antal kroner. For ingen ved nøjagtigt hvad beløbet er. Til gengæld er beregningen for udnyttelsesprocenten let.
Men er udemærket klar over konkurrencesituationen nationer og kontinenter imellem. Det er alt andet end let.
Jeg tror det er lidt tidligt at sige om dette arbejde er i en god sags tjeneste.
Dette projekt giver mindelser til hvordan man i USA kanaliserede midler over i brintforskning, og resultatet var en blindgyde under det meste af Bush den yngres regeringstid. Hvor man havde givet ellers dygtigt forskere og studerende løn for at de dybest set ikke skulle lave noget der kunne bane vejen for el-biler.