DTU bag markant effektivisering af brændselsceller til elektrolyse
Hvis vindmøllestrøm skal omdannes til en syntesegas, som senere kan blive til methan eller grøn benzin, så er elektrolyse det første trin i processen. Her bruges vindmøllestrømmen til at spalte vand og CO2 til ilt, brint og kulilte, og nu har forskere fra DTU taget et markant skridt fremad i arbejdet med at få gjort denne teknologi mere effektiv - og dermed billigere.
Konkret er det lykkedes dem at stoppe nedbrydning af elektroderne i de SOFC-brændselsceller, som DTU-forskerne anvender som elektrolysatorer. Forskerne fandt nemlig ud af, at degradering af cellerne skete på grund af store urenheder i vanddampen, og derfor opfandt de en billig rensemetode, som nu sørger for at fjerne urenhederne og dermed bringer degraderingen ned på et acceptabelt niveau.
Alt for hurtig degradering af SOFC-brændselsceller er netop én af de store udfordringer for denne type brændselsceller og dermed også for brændselscelle-elektrolyse. Med den nye løsning kan cellerne nu køre over 1.000 timer uden væsentlig degradering mod før få hundrede timer. SOFC-celler skal helst køre ved temperaturer på omkring 600 grader.
»Vi mener selv, at vores resultater er et virkeligt godt skridt på vejen mod at gøre elektrolyseteknologien attraktiv,« siger forskningsprofessor Mogens Bjerg Mogensen fra DTU.
Forskerne har ansøgt om patent på renseprocessen.
Resultatet er opnået i regi af et strategisk forskningscenter om elektrokemi, SERC, som DTU og en række industrielle partnere deltager i. Én af hovedopgaverne har netop været at finde årsagerne til, at de højeffektive elektrokemiske celler fra Topsoe Fuel Cell, som anvendes i elektrolysen, meget hurtigt tabte pusten.
Ved nu, hvor hårdt cellerne kan køres
Ud over urenheder i vandet fandt forskerne også ud af, at overspænding på elektroderne ødelægger selve det faste elektrolytmateriale. Men med det indgående kendskab til processerne omkring degraderingen, som forskerne efterhånden har fået, ved man nu, hvor hårdt man kan tillade sig at køre de omvendte brændselsceller.
»Med de nuværende celler og driftsbetingelser kan cellerne klare at producere fire normalkubikmeter (Nkbm) brint pr. kvadratmeter celle pr. time - svarende til én ampere pr. kvadratcentimeter. Det er muligvis tilstrækkeligt, til at processen kan blive kommercielt interessant, « siger Mogens B. Mogensen.
I runde tal svarer det til, at det kræver 3,2 kWh (vindmølle)strøm at fremstille én Nkbm syntesegas.
Han tilføjer, at man på grundlag af den nye forståelse er i fuld gang med at forbedre cellerne, så de kan tåle en højere belastning. For eksempel med nye, forbedrede elektrodematerialer og ikke mindst bedre strukturer i de kompositmaterialer, som elektroderne er fremstillet af.
Elektrolyseproces testet under højt tryk
I centrets regi har deltagerne også opbygget testfaciliteter til at afprøve elektrolyseprocessen under højt tryk - op til 95 atmosfære. 20-50 atmosfære er det trykniveau, som den videre omdannelse af syntesegas til benzin og methan kræver. Endnu er der kun udført meget få forsøg, men de viser til gengæld, at man kan øge brintudbyttet med 5 pct. allerede ved et tryk på 10 atmosfærer.
I SERC-regi har projektdeltagerne også forsøgt at lave økonomiske beregninger på hele processen fra vindmøllestrøm til grøn benzin, hvilket både involverer elektrolyse og en kommerciel katalysatorteknologi, som Haldor Topsøe er specialister i .
Her fandt man frem til, at mindre end en fjerdedel af produktionsprisen for syntesegassen (H2 + CO) vil komme fra elektrolyseanlægget. Langt den største del vil være prisen på elektricitet fra vindmøllerne. Med en kWh pris på 20 øre skønner forskerne, at energiindholdet i syntesegassen vil have en pris, der svarer til en råoliepris på 75 dollars.
Hvis syntesegassen anvendes til fremstilling af grøn benzin, skønner forskerne, at den grønne benzin først vil være konkurrencedygtig, hvis råolieprisen kommer op omkring 150 dollar pr. tønde, eller der kommer en afgift på den fossile olie af samme størrelse.
På et møde i Ingeniørhuset næste torsdag kl. 13, arrangeret af blandt andre Kemiingeniørgruppen, kan de på forhånd tilmeldte høre mere om den 50 mio. kroner store SERC-satsning. Herunder om et muligt samspil mellem elektrolyse-teknologien og opgradering af biogas.
