Genombrott för KTHs energiforskning gör hållbar vätgasproduktion säker, billigare och mer effektiv
Vätgas väntas bli en viktig nyckel i omställningen till ett klimatvänligt energisystem. Men att tillverka vätgas med dagens metoder är riskfyllt och kräver särskilda membran av dyra ädelmetaller för att bli tillräckligt effektiva. Nypublicerad forskning från KTH visar vägen till ett säkrare och mer kostnadseffektivt system.
Vätgasen har flera platser i morgondagens hållbara energisystem. Bland annat som processgas i industrin, energilager och energibärare för fordon. Särskilt stora klimatfördelar ger vätgasen när den tillverkas med hjälp av elektricitet från hållbara energikällor som sol- och vindenergi.
– Ett av problemen med dagens teknik för att omvandla vatten till vätgas är att de resulterar i farliga kombinationer av vätgas och syre. Vi har utvecklat en tvåstegsprocess där vi helt separerar produktionen av syre och väte vilket gör den helt säker, säger Joydeep Dutta, professor i material- och nanofysik vid KTH.
Redan år 2021 mötte KTH Energiplattform Joydeep Dutta under ett besök på nybyggda Campus Albanova. Professor Dutta var även med när KTHs forskningsplattformar Material och Energi presenterade framstående forskning tillsammans med IVA.
Fossilfri tillverkning av vätgas
Vid fossilfri tillverkning av vätgas används en så kallad elektrolysör som spjälkar vattenmolekyler i väte och syre med hjälp av elektricitet. Resultatet blir de två gaserna vätgas och syrgas.
De vanligaste elektrolysören använder ett inre membran för att sära vätgasen från syrgasen. Men att lyckas separera de två gaserna helt och hållet är i det närmaste omöjligt.
KTH-forskarnas metod går istället ut på att dela upp processen i två steg genom en helt ny form av elektrolysör. Den patenterade lösningen består av en membranfri hybridcell som omväxlande kan producera vätgas och syrgas. Cellen innehåller en superkondensator som gör det möjligt att styra vilken gas som frisätts genom att kasta om polariteten i cellen.
– Genom att helt separera produktionen av de två gaserna till olika tidpunkter behöver vi inte några membran eller andra separationsmetoder för att undvika att skapa farliga och explosiva blandningar av syrgas och vätgas, säger Joydeep Dutta.
Säkerheten är inte den enda fördelen med den nya tekniken. Genom att undvika membranet blir den nya elektrolysören enklare och billigare att tillverka än dagens. Dessutom fungerar den väl även vid varierande strömstyrkor. Det gör den extra lämpad att använda när elektriciteten kommer från sol- och vindkraft som ger en mycket varierande elproduktion.
– Med hjälp av vår lösning är det möjligt att producera vätgas oavsett om det finns tillgång till stora eller små mängder energi, säger Esteban Toledo, doktorand som utvecklat tekniken tillsammans med professor Dutta.
Den exakta styrningen av vätgasproduktionen resulterar även i en renare vätgas än dagens metoder. Tekniken är även möjlig att använda i alkaliska förhållanden vilket gör det möjligt att undvika sällsynta och dyra material som platina till elektroderna.
Skalar upp prototypen
Redan i dag visar tekniken samma effektivitet som befintliga elektrolysörer när det gäller hur mycket elektricitet som krävs för att producera vätgasen. Nästa steg är att skala upp prototypen samt att vässa verkningsgraden ytterligare.
– Genom att värma upp systemet kommer vi troligen att kunna minska energiförbrukningen ytterligare. Och tack vare enkelheten i vårt system ser vi heller ingen nedbrytning av elektroderna som i andra system. Vi behöver dock göra mer fullskaliga försök för att verkligen kunna visa alla fördelar, säger Joydeep Dutta.
Nyligen publicerades forskarnas resultat i den ansedda forskningstidskriften Science Advances. Samtidigt kommersialiseras innovationen i företaget Caplyzer som också fått utvecklingsstöd från Vinnova i utlysningen Acceleration av deeptech-företag 2023.
Text: Magnus Trogen Pahlén