Forskergruppen mener selv at denne metoden kan være en økonomisk bærekraftig kilde til fornybar hydrogenproduksjon for brenselceller.

De sier at når metoden er optimalisert, bør den kunne produsere elektrisitet for under 30 øre per kilowattime, en pris som kan konkurrere med konvensjonell elektrisitet.

Fornybar energi

Etanol er en fornybar energikilde, men bruken av etanol fra biomasse som brennstoff forutsetter fjerning av vann, og dette er en kostbar prosess. De amerikanske og greske forskerne har kommet opp med en metode for å lage hydrogen fra våt etanol.

Prosessen produserer også drivhusgassen karbondioksid, men fordi den er mer effektiv enn å forbrenne bensin, vil den spy ut mindre forurensning for hver energienhet den produserer. Etanol har allerede blitt forsøkt for å drive bilmotorer, men da må altså alt vannet være fjernet.

- Etanol i bilmotorer brenner med rundt 20 prosents effektivitet, mens dersom du bruker etanol for å lage hydrogen til en brenselcelle, vil du få 60 prosents effektivitet, sier en av studiens forskere, Lanny Schmidt, til tidsskriftet Nature.

Liten nok til å holde i hånda

Forskerne har laget en reaktor som gjør etanol om til hydrogen med mindre kostnader enn tidligere forsøk på hydrogenproduksjon. Oppfinnerne sier at innretningen i fremtiden kan kobles opp mot brenselceller, som kan gjøre hydrogen om til miljøvennlig elektrisitet.

Prototypen er liten nok til at du kan holde den i hånda. Forskerne mener at dingsen sammen med brenselceller nesten kan generere nok strøm til et gjennomsnittlig hus.

I første omgang ser de for seg at den kan brukes i avsidesliggende områder, hvor det ikke lønner seg å installere nye kraftlinjer. Folk kan kjøpe etanol for å lage hydrogen til små brenselceller, for eksempel i kjelleren.

Hydrogen må lages

Vi har hørt mye om brenselceller, og det grønne potensialet i denne formen for utnyttelse av energi. Brenselceller kombinerer oksygen og hydrogen i et slags batteri, som produserer elektrisitet. Avfallsproduktet er vann.

Oksygen kan vi bare hente rett ut av løse lufta, men problemet med hydrogen er at det er mye vanskeligere å få fatt i. Det må lages, for det finnes ingen naturlige lager som for olje og naturgass.

Den viktigste metoden for storskalaproduksjon av hydrogen involverer oppvarming av naturgass og vanndamp. Fossilt brensel er ikke fornybart, og i tillegg til å slippe ut karbondioksid, krever denne prosessen store mengder elektrisitet, som også i stor grad genereres fra fossilt brensel.

Du trenger ikke være elektrokjemiker for å skjønne at dette ikke reduserer produksjonen av drivhusgasser, eller frigjør land fra avhengigheten av olje og kull for å skaffe energi.

Etanol produseres allerede

En annen metode for å produsere hydrogen benytter etanol istedenfor naturgass. Etanol kan lages av fornybar plantemasse, slik at etanolen lagrer energien fra sollyset og dermed også resirkulerer karbondioksid fra lufta.

USA produserer hvert år over 65 millioner fat med industrielt alkohol på denne måten. Etanolen brukes til å blande med bensin slik at den skal brenne renere.

Forskere har funnet flere metoder for å utvinne hydrogen fra etanol, men generelt sett er disse metodene vanskelige og kostbare. Forskerne fra University of Minnesota og University of Patras i Hellas har utviklet en potensielt bærbar og rask etanolomformer som vil være billig i drift.

Ifølge forskerne selv har denne metoden store muligheter for rimelig generering av hydrogen for små applikasjoner, og kan kanskje konkurrere med tradisjonelle energikilder som bensin.

Trenger ikke fjerne vannet

Prisen for etanol i dag er konkurransedyktig med bensinbrennstoff, men en stor del av kostnadene i produksjonen av etanol for utblanding i bensin, kommer fra behovet for å fjerne alt vannet. Kan man lage hydrogen fra våt etanol, blir kostnadene altså betydelig redusert.

I den nye innretningen passerer løsningen av etanol og vann gjennom en mekanisme for automatisk bensininnsprøyting - en forgasser som vanligvis pumper bensin inn i en bilmotor, og derfra inn i et mildt oppvarmet kammer, hvor den fordamper og blander seg med luft.

Blandingen passerer så gjennom en porøs plugg av aluminiumoksid dekt med rhodium og ceriumoksid, som katalyserer reaksjoner som gir hydrogen og karbondioksid.

Reaksjonene varmer katalysatoren opp til over 700 grader celsius, noe som holder prosessen gående. Forskerne rapporterer at innretningen omformer etanolen til en jevn strøm av hydrogen og karbondioksid, med få andre avfallsstoffer.

Ikke rent hydrogen

Hydrogenet som kommer fra reaktoren har imidlertid en renhetsgrad på bare 50 prosent, som gjør den ubrukelig på enkelte brenselceller som lett blir tette på grunn av urenheter.

Blandingen kan likevel tolereres av en type brenselcelle kalt høytemperaturbrenselceller, eller Solid Oxide Fuel Cells. Slike brenselceller er typisk bedre for stasjonært bruk siden de krever høyere temperatur, som for eksempel å gi kraft til et hus langt fra kraftlinjene.

Når det gjelder biler har det meste av forskningen dreid seg om en annen type brenselcelle, nemlig lavtemperaturbrenselceller, eller Proton Exchange Membrane Fuel Cells, som ofte krever en renere hydrogenkilde. I tillegg er rhodiumkatalysatorer, som er brukt i dette tilfellet, en av de dyreste katalysatorene det går an å lage.

- Mer enn 50 prosent av energien fra fotosyntesen

Teknikken kan likevel bli nyttig for bruk i mindre kraftkilder som er basert på mindre følsomme brenselceller. Etter hvert kan teknologien kanskje generere hydrogen på en bensinstasjon eller ombord i et fartøy, og dermed unngå kostnadene ved å lagre og transportere hydrogengass. Etanol er lett å transportere og ikke særlig giftig.

Rask og effektiv omforming av brennstoff vil være viktig for å kunne produsere hydrogen for brenselceller i en eventuell hydrogenøkonomi, og forskerne mener etanol er det mest tilgjengelige og fornybare brennstoffet.

De mener det kan bli mulig å utnytte mer enn 50 prosent av energien fra fotosyntesen som elektrisitet. For at hydrogenbrenselceller skal ha en merkbar effekt på utslippene av drivhusgasser, må hydrogenet være avledet fra sollys, som det indirekte vil være via fotosyntesen ved bruk av biomasse. Den mengden karbondioksid som blir produsert, lagres i neste års maisavling.

Referanse:

G. A. Deluga, J. R. Salge, L. D. Schmidt, and X. E. Verykios; Renewable Hydrogen from Ethanol by Autothermal Reforming; Science 13. februar, 2004M 993-997.

Lenker:

Science (krever abonnement): Hydrogen From Alcohol - Anywhere
Nature: Boozy reaktor hikes hydrogene hopes
University of Minnesota: Schmidt group home page
Physics web: Fuel cells turn to alcohol