Nyt materiale kan omdanne solenergi til syntetisk brændstof
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Nyt materiale kan omdanne solenergi til syntetisk brændstof

Perovskit er en mineraltype, der har vist sig interessant for udviklingen af effektive solceller, der omdanner solenergi til elektrisk energi.

Læs også: Ny type tyndfilmsolceller passerer magisk grænse

Den danske ph.d.-studerende Alexander Bork, der er arbejder i Jennifer Rupps forskningsgruppe ved ETH, det tekniske universitet i Zurich i Schweiz, har nu vist, at en særlig form for perovskit også er fremragende til at konvertere solenergi til syngas indeholdende hydrogen (H2) og carbonmonooxid (CO).

Resultatet er offentliggjort i en artikel i Journal of Materials Chemistry A.

I dag kan man producere syngas ud fra solenergi og luftens CO2 med hjælp af ceriumoxid (CeO2). Men denne process forløber kun ved høje temperaturer omkring 1.500 grader celsius.

Perovskit er en gruppe af mineraler med den kemiske formel ABX3, hvor A og B er kationer (positiv ladning) af forskellig størrelse, og X er anion (negativ ladning), der binder sig både til A og B.

Alexander Bork har studeret perovskit, hvor X er oxygen (O), og A er en kombination af lanthan (La) og strontium (Sr) i forholdet 60 pct. La og 40 pct. Sr, og B er en kombination af cobalt (Co) og chrom (Cr). De har undersøgt forskellige kombinationer af Co og Cr og fundet, at den bedste kombination er 80 pct. Cr og 20 pct. Co.

Konverteringen af solenergi til syngas forløber i to trin.

I det første trin frigives oxygen fra ABO3 ved denne proces, som foregår ved 1.200 grader.

[latex] ABO_{3} \to ABO_{3-\delta} + \frac{\delta}{2} O_{2} [/latex]

»Den lavere temperatur gør en kommercialisering af teknologien mere realistisk,« forklarer Alexander Bork.

Næste trin forløber ved en endnu lavere temperatur på 800 grader.

[latex] \frac{2}{\delta}ABO_{3-\delta} + CO_{2} + H_{2}0 \to \frac{2}{\delta}ABO_{3} + H_{2} + CO [/latex]

Cobalt er afgørende for trin 1, mens chrom er afgørende for trin 2. Gennem beregninger og eksperimenter har Alexander Bork altså fundet det optimale forhold på 80 pct. chrom og 20 pct. cobalt.

I den videnskabelige artikel konkluderer Alexander Bork og Jennifer Rupp, at de termodynamiske egenskaber af La0,6Sr0,4Cr0,8Co0,2O3 gør mineralet interessant for praktiske reaktorer til omdannelse af solenergi til syngas. De forklarer dog også, at yderligere studier af de termodynamiske egenskaber kan være nødvendige til at finde den optimale kombination af grundstofferne.

Kommentarer (5)

Jeg er virkelig ikke enig i at det er et interessant stof til sådan en proces.

Hvis man skal skalere op så lad os sige at man har f.eks. 10 T perovskit. I artiklen skriver de at man får hvad der svarer til 2 kg CO ud for hver ton perovskit på en 4-timers reduktion. Da det tager lang tid at varme så meget perovskit op tager det mindst 6 timer. Dvs. omkring 0.3 kg CO per ton perovskit per time. Det er ikke imponerende. Specielt ikke når man tænker over at i hele reduktionsforløbet skal der purges med N2 eller argon, og at iltindholdet i purge-gassen skal være ekstremt lavt for at den stadig optager mere ilt end den afgiver til perovskitten. Det kræver rå mængder gas i størrelsesorden 2X-10000X flere mol N2 end man får CO ud af det (afhængig af materialet)...

Samtidig tror jeg man får sig en ubehagelig overraskelse hvis man tror at perovskitten holder til lang tid over 1000C uden at Co og Cr stille og roligt damper af. Dertil lægges at perovskitten stadig er sintringsaktiv ved 1200C og vil tabe overfladeareal hvilket sætter hastigheden af reduktion og oxidation endnu længere ned. Lidt sjovt at forfatterne finder det relevant at sammenligne performance af materialerne uden at måle overfladearealerne, der jo er så afgørende...

Jeg er ikke ekspert, men der må simpelthen findes alternativer (elektrolyse, eller fotokatalyse f.eks.) der giver en bedre udnyttelse af energien.

  • 4
  • 0

>der må simpelthen findes alternativer (elektrolyse, eller fotokatalyse f.eks.) der giver en bedre udnyttelse af energien.

Det er et spørgsmål som flere har beskæftiget sig med. Det har vist sig at virkningsgraden for konvertering af sol energi til kemisk energi er højere for en to trins termokemiske metal-oxid proces ”solar-to-fuel” i forhold til f.eks. PV+elektrolyse eller fotokatalyse [1][2]. F.eks spørger de i artikel [1]: hvilken performance er nødvendig for at kommercialisering af solar-to-fuel teknologien er realistisk? Artikel [2] er et proof-of-concept for teknologien, om end der er et stykke op til den ønskede effektivitet.
En betydelig faktor der øger effektiviteten er at en større del af sollysets spektrum udnyttes ved den termokemiske process. For eksempel er PV og fotokatalyse kun aktiv i en bestemt spektral irradians del.

>Samtidig tror jeg man får sig en ubehagelig overraskelse hvis man tror at perovskitten holder til lang tid over 1000C uden at Co og Cr stille og roligt damper af. Dertil lægges at perovskitten stadig er sintringsaktiv ved 1200C og vil tabe overfladeareal hvilket sætter hastigheden af reduktion og oxidation endnu længere ned.

Flere forsøg har vist at Cr stabiliserer perovskit strukturen, inklusiv dette forsøg. I Del 3 af artiklen undersøges krystal strukturen samt mikrostrukturen for (La,Sr)(Cr,Co)O3 før og efter termokemisk cycling. Det viser sig at der ikke er nogen ændring krystal strukturen og der er ikke nogen tegn på ændring af korn- eller partikelstørrelse, hvilket er en positiv indikator for langtidsholdbarheden. Et forsøg med en lignende perovskit har vist 80 cyklusser med stabil produktion af H2+CO ved højere temperatur [3]. Desuden har forsøg med cerium-oxid vist demonstration af processen over 500 cyklusser med stabil produktion af brændstof.

>Lidt sjovt at forfatterne finder det relevant at sammenligne performance af materialerne uden at måle overfladearealerne, der jo er så afgørende...

Alle materialer var testet i pulverform og partikler samt kornstørrelse var af sammenlignelig størrelse . Overfladeareal har mindre betydning, da kinetikken er så hurtig ved de her temperaturer. Det er dog en spændende parameter at optimere i et fremtidigt studie, da man kan hente lidt her.

[1] Siegel et al. Factors affecting the efficiency of solar driven metal oxide thermochemical cycles
[2] Chueh et al High-Flux Solar-Driven Thermochemical Dissociation of CO2 and H2O Using Nonstoichiometric Ceria.
[3] McDaniel et al. Sr-and Mn-doped LaAlO 3− δ for solar thermochemical H 2 and CO production

  • 10
  • 0