DTU bag markant effektivisering af brændselsceller til elektrolyse
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.

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.

En brændselscelle kan bruges 'omvendt' - til elektrolyse i stedet for til el-fremstilling. Her sendes vand og CO2 igennem cellen, og ved hjælp af vindmøllestrøm bliver det omdannet til en syntesegas, der består af brint og kulilte. Illustration: LGA

»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.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Ja det er korrekt at CO er et restprodukt, men det er også en yderst vigtig industrigas der allerede i dag bruges i meget store mængder til fremstilling af blandt andet syntetiske brændsler (via Fisher Tropsch processen).

  • 0
  • 0

Skal det forstås sådan at kulilten bliver et restprodukt?

Tja, kulilte og ilt kan brændes til at producere energi og CO2. Støkiometrien er vist 6CO + 3O2 -> 6CO2 + energi
Mon ikke den proces også er en lille del af hvad der sker når man brænder træ.

Opbevaring af CO bør have mindst ligeså høje krav som til methan pga. den listige giftighed.

  • 0
  • 0

Der bliver skrevet, at hvis gassen skal bruges til at fremstille grøn benzin, så skal olieprisen op på 150 USD før det kan betale sig. Men hvad vil prisen pr kilometer være i forhold til benzin, hvis brinten blev brugt i "rigtige" brændselsceller til biler?

  • 0
  • 0

Hvordan kan det være at mit indlæg bliver vist 2 gange?
Jeg mener selv at jeg kun skrev det EN gang!

Besides that - tak for tilbage meldingen - rart at vi for en gangs skyld kan bruge restprodukterne, frem for at grave dem ned eller lignende :o)

  • 0
  • 0

Fisher Tropsch metoden gik i Syd Afrika ud fra kul. Vil man herhjemme anvende organisk affald/træ til at få CO2 til processen eller kan man hente det fra de ca. 3 promille i luften (nok ret kostbart)?
Husaffaldet kan selvfølgelig blive mere værdifuldt på den måde, selvom kraftværkerne hermed måske får et forsyningsproblem - eller skal gemme CO2 til videre brug?
Men produktion af "grøn benzin" er forskningsmæssig en meget interessant tilgang til at gemme vindenergi.

  • 0
  • 0

"Skal det forstås sådan at kulilten bliver et restprodukt?
Den er jo som bekendt ikke sund for os biologiske individer."
Nej. Kulilten er ikke et restprodukt.
Hvis man ikke ville have kulilte ville man nøjes med at producere brint og ilt ved vandelektrolyse.
Når vi alligevel elektrolyserer CO2 og vand sammen (co-elektrolyse), er det netop for at lave "syntesegas" der er betegnelsen for en blanding mellem brint og kulilte. Og det gør vi for at kunne producere benzin, dimethylether, methan eller lign.
Pointen her er selvfølgelig, at kulbrinter er meget nemmere at opbevare og transportere end brint, og kan bruges i eksisterende infrastruktur og motorer.

CO2'en kan komme mange steder fra: Biogas og andre industrielle rest-strømme er gode bud. Herefter andre punktkilder som røggas, og endelig med tiden samles ind fra atmosfæren.

  • 0
  • 0

Hvor svært kan det være?:

American Chemical Society (2012, January 5). New materials remove carbon dioxide from smokestacks, tailpipes and even the air. ScienceDaily:
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/...
Citat: "...
the group turned to solid materials based on polyethylenimine, a readily available and inexpensive polymeric material.
...
After capturing carbon dioxide, the materials give it up easily so that the CO2 can be used in making other substances, or permanently isolated from the environment. The capture material then can be recycled and reused many times over without losing efficiency.
..."

  • 0
  • 0

DTU-forskere har forbedret virkningsgraden betydeligt på elektrolyse, der foregår ved hjælp af 'omvendte' SOFC-brændselsceller. Hemmeligheden er en nu patentanmeldt renseproces.

Nu også omvendte brændselceller i Rutgers University i USA?:

19 December 2018, videnskab.dk: Forskere vil forvandle CO2 til produkter, som i dag laves af olie.
Når olien slipper op, har vi stadig brug for at lave en masse produkter, som i dag er baseret på olie. Rundt omkring i verden arbejdes der nu mod at kunne lave andre stoffer af CO2 gennem en slags kunstig fotosyntese
:
Citat: "...
I stedet for at bruge varme og tryk til at sætte reaktioner i gang har den amerikanske forskergruppe brugt elektrolyse til at omdanne CO2. Stoffet, det skal reagere med, er noget så enkelt som vand. Det ligner kunstig fotosyntese, fordi det bruger energi, CO2 og vand til at danne nye forbindelser.
Forskerne har fundet nye katalysatorer, som består af en blanding af fosfor og nikkel – stoffer, som er billige og lettilgængelige. Det får reaktionerne til at ske. Ved hjælp af en elektrokemisk proces mener de at kunne danne avancerede molekyler, som kan laves om til plast og en række andre produkter.
Resultaterne har de publiceret i en forskningsartikel.
»Resultaterne demonstrerer, at elektrisk energi er ekstremt effektivt, hele 99 procent, uden det behøver varmeenergi. Høj temperatur eller højt tryk er ikke længere nødvendigt. Det hele sker ved stuetemperatur i et apparat, der minder om en brændselscelle, men som kaldes en 'electrolyzer',« skriver Charles Dismukes, som har ledet arbejdet, i en email til Forskning.no.
..."

Issue 9, 2018, pubs.rsc.org: Selective CO2 reduction to C3 and C4 oxyhydrocarbons on nickel phosphides at overpotentials as low as 10 mV :
Citat: "...
We introduce five nickel phosphide compounds as electro-catalysts for the reduction of carbon dioxide in aqueous solution, that achieve unprecedented selectivity to C3 and C4 products (the first such report). Three products: formic acid (C1), methylglyoxal (C3), and 2,3-furandiol (C4), are observed at potentials as low as +50 mV vs. RHE, and at the highest half-reaction energy efficiencies reported to date for any >C1 product (99%). The maximum selectivity for 2,3-furandiol is 71% (faradaic efficiency) at 0.00 V vs. RHE on Ni2P, which is equivalent to an overpotential of 10 mV, with the balance forming methylglyoxal, the proposed reaction intermediate.
..."

  • 0
  • 0

11. jun 2018, ing.dk: Canadisk virksomhed indfanger CO2 til en sjettedel af prisen:
Citat: "...
For bare 100 dollars pr. ton [0,1 dollar/kg 66øre/kg] – eller en sjettedel af, hvad det hidtil har kostet – kan CO2 trækkes ud af luften og omdannes til klimaneutralt brændstof.
...
I en totrinsproces kan luftens CO2 indfanges og omdannes til ren CO2, der kan indgå i produktion af flydende brændstof. Det har den canadiske virksomhed Carbon Engineering vist i samarbejde med forskere fra Harvard University.
Resultaterne er netop blevet offentliggjort i det videnskabelige magasin Joule og kan læses her.
..."

  • 0
  • 0