– Dette blir den mest effektive prosessen man kjenner i dag for å ekstrahere hydrogen fra naturgass med CO2-fangst, sier professor Truls Norby ved Kjemisk institutt på Universitetet i Oslo (UiO).
Han snakker om en keramisk membran som leder hydrogen til den ene siden av membranen. Samtidig blir CO2 fanget på den andre siden.
Dette er såkalt blått hydrogen. Det er laget på en måte som ikke fører til utslipp.
– Energieffektivitet er nøkkelen til hydrogenets fremtid, sier Irene Yuste-Tirados.
Hun tar doktorgraden ved UiO, men jobber også ved CoorsTek Membrane Sciences, et selskap som sprang ut fra Norbys forskergruppe for 15 år siden. Det er CoorsTek som utvikler membranen, og som nylig har publisert nye fremskritt i tidsskriftet Science.
– Vårt arbeid viser at protonmembraner kan lage hydrogen fra ammoniakk, naturgass eller biogass så effektivt at hydrogenbiler kan ha lavere karbonavtrykk enn elbiler ladet fra strømnettet, sier Yuste-Tirados i en pressemelding.
Et proton er en positivt ladet partikkel som danner kjernen i hydrogenatomet. Hydrogenatomet består av ett positivt ladet proton og ett negativt ladet elektron. Dette er et energilager med elektriske ladninger.
Professor Truls Norby i laboratoriet i Forskningsparken i Oslo.(Foto: Eivind Torgersen/UiO)
Fra liten til litt større skala
Tidligere har denne membranen vist at den virker på liten skala, i individuelle membranceller. Nå har teknologien tatt et skritt videre og det er for første gang vist at en protonmembran fungerer i en seriekobling med slike celler.
– Vi viser nå at vi kan ta dette fra en skala på ti kvadratcentimeter til en skala på 500 kvadratcentimeter, sier Norby.
Det er fortsatt en betydelig vei til industriell skala, og det høres kanskje ikke ut som et veldig stort skritt, men det er et viktig skritt.
– Derfra kan den skaleres opp uten så veldig mye mer innsats. Ingeniører som vil bygge store anlegg, har alle spesifikasjoner, sier han.
Hver membrancelle består av et ti centimeter langt rør. Mange rør blir koblet sammen til ett langt rør som foldes frem og tilbake inne i en liten container som holder gassene under høyt trykk.
Protonmembranen er formet som rør. Mange små rør kobles sammen og foldes frem og tilbake.(Foto: Daniel Clark/CoorsTek Membrane Sciences)
Trenger varme og produserer varme
Hemmeligheten ligger i materialene. Membranen er et protonledende keram og rørene er koblet sammen av en blanding av glass og keramiske stoffer, såkalte glasskeram.
– Du kan forme det som glass, men når det er ferdig, er det stivt som et keram. I tillegg blander vi inn et metallpulver som gjør at det også kan lede elektrisk strøm, forklarer Norby.
Når naturgass sendes inn i dette røret sammen med vanndamp, pumpes hydrogen gjennom og til utsiden av membranen. Med andre teknologier trenger denne prosessen tilførsel av varme. Her kommer den av seg selv fordi det avgis varme når protoner pumpes gjennom membranen.
– Det vakre med denne teknologien er at varmen utvikles på samme sted som du trenger den. Du trenger ikke tilføre varme, og det blir ikke varmt. Du kan kjøre denne prosessen veldig hardt uten at det blir varmt eller kaldt. Det er deilig når du skal jobbe med keramer, for de er ikke glade i temperaturforskjeller, sier Norby.
Annonse
Fra klassisk mekanikk til kvantemekanikk
Norby har forsket på hydrogen i flere tiår. Det er et møysommelig arbeid å bygge den kunnskapen som ligger bak for eksempel den protonmembranen som nå utvikles av CoorsTek.
– Man sier gjerne at det tar 30 år fra man gjør et gjennombrudd til ideen er moden for markedet. Dette er jo lengre tid enn man skulle ønske, sier professoren.
Hydrogen trekkes ofte frem som en viktig bidragsyter til en renere energifremtid. Da trenger vi enda mer kunnskap.
– Vi må finne ut hvordan vi kan lagre, transportere og bruke hydrogen bedre. Vi må forstå dette ned til minste detalj, og det betyr kvantemekanisk, sier Norby.
Et hydrogenatom er nemlig noe for seg selv. Tar du bort det ene elektronet det har, blir det 100.000 ganger mindre. I sammenligning med alle andre kjemiske atomer og ioner er det ingenting.
– I dag behandler vi elektronene kvantemekanisk mens vi behandler protonene med klassisk mekanikk. Vi vet at vi egentlig må se på protonet kvantemekanisk, men det koster veldig mye mer beregningskapasitet.
– Det er én av de mange tingene vi har å gjøre i forskningen fremover, sier Norby.
Referanse:
Daniel Clark mfl.: Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors. Science, 2022. (Sammendrag) DOI: 10.1126/science.abj3951
Blått hydrogen
Hydrogen hentes ut av metan i en prosess kalt dampreformering. I denne prosessen dannes klimagassen CO2. Utslippene fanges og lagres og produksjonen er dermed uten utslipp.
