Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.
Teknologi som kan omdanne naturgass til hydrogen og fange CO2 samtidig, uten at prosessen tilføres energi utenfra, vekker internasjonal interesse.(Illustrasjonsfoto: Shutterstock / NTB)
Norske forskere har funnet effektiv metode for å lage hydrogen
Den nye metoden kan samtidig fange CO₂ i stor skala.
– Mens dagens etablerte metode har en virkningsgrad på 70–75 prosent, har vår en potensiell virkningsgrad på 90. Sluttproduktet er komprimert hydrogen med høy renhetsgrad. Reaktoren separerer i tillegg CO₂ mer effektivt, slik at klimagassen kan transporteres og lagres enkelt.
Det sier Harald Malerød-Fjeld i bedriften CoorsTek Membrane Sciences i Oslo som samarbeider med forskere i Sintef om en ny metode for å produsere hydrogen.
Produksjonen av hydrogen skjer med naturgass som råstoff og en helt spesiell membran.
Både produksjonen og CO₂-fangsten foregår i ett trinn. Derfor er metoden svært energieffektiv. Teknologien er omtalt i det vitenskapelige tidsskriftet Science.
Thjis Peters er en av forfatterne av artikkelen om den nye studien.(Foto: Sintef)
Skiller ut CO₂
Bedriften spesialiserer seg på keramiske materialer til energikonvertering og er en av forskningspartnerne i prosjektet.
– Samarbeidet med Sintef har vært tett og resultert i synlige resultater, ifølge Malerød-Fjeld.
For fem år siden publiserte det vitenskapelige tidsskriftet Nature en artikkel om den norske forskningsgruppen. Da hadde de demonstrert de grunnleggende prinsippene for å produsere hydrogen på en ny og svært energieffektiv måte.
I en helt fersk vitenskapelig artikkel bekreftes det nå at metoden fungerer, også når teknologien skaleres opp.
– Dette er et viktig steg på veien mot å gjøre hydrogen langt mer anvendelig som drivstoff. Og prosessen har et lavt karbonavtrykk, sier Malerød-Fjeld.
Lager sin egen varme
Forskningen foregår i Sintefs bygg og laboratorier i Oslo der også CoorsTek Membrane Sciences holder hus. Seniorforsker Thijs Peters i Sintef er en av forfatterne bak artikkelen om den nye studien.
– Det interessante med denne teknologien er at den er relevant både på kort og lang sikt. Den kan brukes til produksjon av blått hydrogen fra naturgass, men også for å lage grønt hydrogen fra biogass eller ammoniakk i en mer fornybar fremtid, sier Thijs Peters.
Teknologien for å lage hydrogen fra naturgass er velkjent og kalles dampreformering. Naturgass består for det meste av metan. Når metan reagerer med vanndamp, får vi fire hydrogenmolekyler for hvert metanmolekyl. For å få til denne reaksjonen må vanndampen tilføres under høy varme.
Et stort problem med dampreformering er at prosessen er energikrevende, den foregår i flere trinn – og den har CO₂ som biprodukt.
Den nye metoden fungerer uten at det blir tilført varme utenfra. Varmen oppstår nå der den skal brukes, i prosessen der hydrogenet pumpes gjennom den keramiske membranen.
Dette er forskjellen på blått og grønt hydrogen
Biproduktet i hydrogenproduksjon er CO₂. Klarer man å fange og lagre CO₂, kalles det «blått hydrogen». Hydrogen kan også lages ved hjelp av elektrolyse av vann. Da blir det ikke dannet CO₂ i prosessen. Hvis produksjonen i tillegg skjer ved hjelp av fornybar energi, kalles det «grønt hydrogen».
Fra celle til reaktor
Den minste byggeklossen i den nye metoden er en elektrokjemisk celle som består av et keramisk rør på seks centimeter.
Annonse
Den oppskalerte reaktoren måler 40×4 centimeter. Den er bygd opp av 36 slike celler som er koblet i en sammenhengende elektrisk krets.
Materialet som kobler sammen rørene, består av et glasskeram. Det er et materiale som er beslektet både med glass og keramiske materialer, for eksempel porselen. Dette materielt blir tilsatt et metallpulver som leder strøm. Utviklingen av materialet har vært viktig for å gjøre oppskaleringen mulig, ifølge CoorsTek Membrane Sciences.
Reaktoren plasseres deretter i et stålrør som holder gassene under høyt trykk.
Harald Malerød-Fjeld med en elektrokjemisk celle som er kjernen i den nye teknologien som både lager hydrogen og fanger CO2.(Foto: Daniel Clark, CoorsTek Membrane Sciences)
Unikt materiale
Hemmeligheten i den nye teknologien ligger i selve membranmaterialet som fjerner hydrogen fra gassblandingen: Materialet leder protoner. Når det møter metan, splitter det hydrogenmolekylene og bryter ned atomene til protoner og elektroner.
De positivt ladde protonene transporteres gjennom membranen, mens elektronene fanges opp på elektrodene og transporteres utenom membranen gjennom en ytre elektrisk krets.
Når protonene og elektronene forenes igjen på den andre siden av membranen, dannes ren og komprimert hydrogengass.
Testet hos Sintef
Forskere fra CoorsTek Membrane Sciences, Universitetet i Oslo og Instituto de Tecnologica Quimica i Valencia har sammen utviklet teknologien i den nye hydrogenreaktoren.
Sintefs rolle har vært å teste reaktorene og studere hvordan det nye konseptet for hydrogenproduksjon kan fungere i et større energisystem.
– Det er veldig givende å jobbe så tett sammen med en kunde og en teknologi som er så relevant for det grønne skiftet. Man lærer mye av et slikt tett samarbeid med folk innenfor mange ulike fagområder, sier Thijs Peters.
Harald Malerød-Fjeld er også godt fornøyd.
Annonse
– Samarbeidet med Sintef har vært tett og resultert i synlige resultater som nå har fått omtale i et internasjonalt tidsskrift på aller høyeste nivå, sier han.
Industrialiseres i løpet av to år
Neste steg i utviklingen av teknologien er allerede i gang. Et pilotanlegg er etablert i Dhahran i Saudi-Arabia. Generatoren i dette anlegget, som er fem ganger større enn den som forskerne har brukt som utgangspunkt, har også vist seg å virke.
– Vi er sikre på at teknologien kan skaleres videre opp. Håpet er at de første industrielle utplasseringene av et kommersielt system for hydrogenproduksjon kan skje i løpet av to–tre år, sier Harald Malerød-Fjeld.
Sintef fortsetter å samarbeide med CoorsTek Membrane Sciences om utviklingen av større reaktorer, og partene samarbeider også på andre prosjekter som handler om materialteknologi.
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.abj395
