Nyt projekt skal skabe plast med CO2

Verden er dybt afhængig af gassen ethylen. Det er nemlig den mindste byggeklods i de polymerer, som blandt andet bruges til alle vores flasker, emballager og poser.

Hele 180 millioner ton ethylen produceres således hvert år, blandt andet ved raffinering af olie hentet op fra undergrunden.

Samme eftertragtede molekyle kan dog også produceres gennem elektrolyse af kuldioxid, og den metode skal DTU nu i samarbejde med Siemens forsøge at udvikle i industriel skala.

Hvis det lykkes kan man ‘lukke kulstof-cirklen,’ fortæller Jane Hvolbæk Nielsen, der er institutdirektør ved DTU Fysik.

»Målet er at skabe et fundament for en kemisk industri, der ikke er afhængig af fossile brændsler. For hvis vi vil blive ved med at bruge kemikalier som i dag, så bliver vi simpelthen nødt til at lukke den her kulstof-cirkel,« siger hun.

DTU har sammen med Siemens fået 14 millioner kroner fra innovationsfonden til at føre teknologien fra laboratoriet og ud i den virkelige verden.

Her er det tanken, at gassen skal produceres ved hjælp af overskydende vindstrøm samt CO2-gasser fra industrien, som ellers var på vej ud i atmosfæren.

Til det formål er Siemens i gang med at udvikle en CO2-elektrolyse-platform, der kan installeres ved for eksempel kraftværker og kemisk industri.

»Vi har en naturressource i Danmark i kraft af, at det blæser rigtig meget. Udover at producere elektricitet til os og vores nabolande, kunne vi jo udnytte det til at bygge noget energitung industri i landet,« siger Kasper T. Therkildsen fra Siemens, der leder projektet.

Katalysatoren mangler

DTU har i noget tid forsket i muligheden for at lagre overskudsstrømmen fra vedvarende energikilder i flydende brændstoffer. Nærværende projekt fokuserer derimod udelukkende på ethylen.

Modsat brændslerne, så giver det nemlig allerede i dag mening at føre kemikalieproduktionen op i skala, fortæller Kasper T. Therkildsen.

»Man har virkelig ikke forsket meget i det her, men med mere vedvarende energi, faldende strømpriser og det her relativt dyre produkt, så giver det endelig mening at kigge på det,« siger Kasper T. Therkildsen.

Der er dog en væsentlig hage, som må tages hånd om, inden Danmark bliver storproducent af kemikalier gennem CO2-elektrolyse. Katalysatoren, der skal muliggøre det, eksisterer nemlig ikke endnu. Det skyldes blandt andet, at forskningsområdet er nyt, mener Kasper T. Therkildsen.

»Det gav jo slet ikke nogen mening at kigge på dette her for tyve år siden, hvor ingen spåede så billig elektricitet fra vind og sol, som vi har i dag. Derfor er der ikke blevet lavet meget på området.« siger Kasper T. Therkildsen.

Kompleks reduktion

Udfordringen ligger i, at CO2-reduktionen kan føre til mange andre biprodukter end ethylen, heriblandt ethanol.

»Når du spalter vand, kan du få ilt, brint og ikke meget andet. Her kan man derimod få kulmonoxid, myresyre, methanol, ethanol og så videre,« siger Kasper T. Therkildsen.

Først når katalysatoren kan udvælge et specifikt produkt bliver metoden rentabel, fortæller Kasper T. Therkildsen.

»Lige nu er vi der rent teknisk, at vi skal finde en god katalysator, der har høj selektivitet. Det er omdrejningspunktet. Bagefter kan vi så arbejde på andre ting, som for eksempel højere strømtæthed,« siger Kasper T. Therkildsen.

Platform til CO2-elektrolyse

Allerede næste år leverer Siemens deres første CO2-elektrolyseanlæg til test hos en kunde.

Her er produktet dog ikke ethylen. I stedet skal det lille 10 kW-anlæg producere kulmonoxid til kemikalievirksomheden Evonik, der kan bruge produktet i en fermenteringsprocess til fremstilling af Hexanol og Butanol, som benyttes som råvarer i plast og kosttilskud.

Da reduktionen til kulmonoxid er betydeligt mindre kompleks end til ethylen, har Siemens her ikke samme selektivitetsudfordring som DTU-projektet.

Hvis den løses er der kun behov for at udskifte elektroderne på kulmonoxid-anlægget, inden ethylen-elektrolysen kan installeres ude ved CO2-forurenende virksomheder.

»Hvis vi får lavet en katalysator og får den inkorporeret i nogle elektroder, så kan vi tage det her system, udskifte katalysatoren og elektroderne og lave ethylen i stedet for kulmonoxid,« siger Kasper T. Therkildsen.

I fremtiden er brændstoffer som methanol og ethanol også i kikkerten, fortæller Kasper T. Therkildsen. Det afgørende er blot, hvornår økonomien taler for det.

»Vi starter selvfølgelig med at udvikle løsninger hvor det er simplest at konkurrere uden støtte med den eksisterende fossil-baserede produktion, som eksempelvis Ethylen. På sigt når vi får udviklet CO2-elektrolyse-teknologien yderligere, så regner vi med at kigge på andre kemikalier og brændstoffer som eksempelvis methanol og ethanol,« siger han.