Den nye studien er ifølge dansk forsker relevant store transportmidler som lastebiler eller fly. Når det gjelder personbiler, er det fortsatt mest lønnsomt med batterier.
(Illustrasjonsfoto: Scharfsinn / Shutterstock / NTB)
Ny jern-katalysator kan bli gjennombrudd for hydrogenbrenselceller
Ny studie kan være et lite skritt mot en revolusjon av grønn energi.
I dag kjører millioner av lastebiler, busser og tog rundt i verden. Bare noen få av dem kjører på hydrogen.
For i flere tiår har forskere lett etter en katalysator som kan redusere kostnadene ved å produsere hydrogenbrenselceller.
Det kan føre til en revolusjon for grønn energi – alt fra bærbare datamaskiner til lokomotiver som kjører på et drivstoff med vann som eneste restprodukt.
Ny forskning, som er ledet av forskere vet amerikanske University at Buffalo, tyder på at forskere beveger seg nærmere dette målet.
I en studie publisert i Nature Energy beskriver forskere hvordan jern kan kombineres med nitrogen og karbon for å produsere en katalysator som er effektiv, holdbar og billig.
– Dette har tatt mange år, sier studiens hovedforfatter, Gang Wu, professor i kjemisk og biologisk ingeniørvitenskap i en pressemelding.
– Dette er et viktig gjennombrudd som vil bidra til å frigjøre hydrogenbrenselcellenes enorme potensial.
Dansk forsker: En «grundig» studie
Jan Rossmeisl, professor og senterleder for Center for High Entropy Alloy Catalysis ved Kemisk Institut ved Københavns Universitet, er enig.
– Det ser ut til å være et grundig arbeid, sier han.
– Katalysatoren er velkjent. Mange har sett på den, men ingen har fått til en versjon som tåler syre. Så oppdagelsen kan bli et alternativ til platina i brenselceller.
Brenselceller krever dyre katalysatorer
Brenselceller fungerer som batterier, men de går ikke tom for strøm. De produserer elektrisitet og varme så lenge det tilføres drivstoff – som hydrogen.
Brenselceller slipper ikke ut forurensning, slik forbrenningsmotorer gjør.
Og de kan brukes til å levere strøm til kjøretøyer, kraftverk, bygninger og andre systemer.
Men brenselceller krever dyre katalysatorer for å fremme viktige reaksjoner.
Trenger et alternativ til platina
De beste katalysatorene har vært platinagruppemetaller. Selv om disse metallene er effektive, er de utrolig dyre.
Derfor leter forskerne etter billigere alternativer.
– Hydrogenbrenselceller er begrensede, for man må bruke mye platina, sier Jan Rossmeisl.
– Det betyr at det blir dyrt. Nye biler med brenselceller bruker omkring 25–50 gram platina.
Det blir utvunnet om lag 200 tonn platina årlig. Det er bare nok til fire millioner biler i året.
– Det er rett og slett ikke nok, sier Rossmeisl.
Det er derfor forskerne prøver å finne et alternativ.
Kan gjøre brenselceller billigere
Et slikt alternativ har vært jernbaserte katalysatorer. Jern er det nok av, og det er billig.
Men jern har ikke tålt de etsende og oksidative miljøene inne i brenselceller.
Derfor har forskerne bundet fire nitrogen-atomer til jernet, og det har det har ført til en mye bedre katalysator, argumenterer forskerne:
- Katalysatoren er den mest effektive jernbaserte katalysatoren som er produsert til nå
- Katalysatoren varer nesten like lenge som platinagruppe-varianter
Det tyder på at brenselceller kan bli billigere.
Derfor fortsetter forskerne å arbeide med katalysatoren.
Ikke konkurrent til elbiler
Katalysatoren blir neppe noen konkurrent til elbiler med det første.
– Det kan være andre markeder enn persontransport. Biler bør gå på batteri. Det har utviklingen vist de siste 10–15 årene, sier Jan Rossmeisl.
– Skal man ha brenselcellebiler til å kjøre lengre, lager man tanken større, og det koster ikke så mye. Skal en elbil kjøre lengre, må du gjøre batteriene større. Når du skal transportere store ting eller har noe som kjører hele tiden, er det lønnsomt å ha brenselceller i stedet for batterier.
Det gjelder for eksempel for lastebiler eller fly.
Alt i alt er Rossmeisl positiv til den nye utviklingen:
– Det er viktig at forskerne har utviklet en katalysator som virker nesten så godt som platina.
Referanse:
Shengwen Liu, Gang Wu mfl.: Atomically dispersed iron sites with a nitrogen–carbon coating as highly active and durable oxygen reduction catalysts for fuel cells. Nature Energy, 2022. (Sammendrag) DOI: 10.1038/s41560-022-01062-1
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.
