Til hovedinnhold

Snarvei fra sollys til hydrogen

Drømmen om grønne drivstoffstasjoner der solstråler forvandler vann til hydrogen, har fått ny næring fra ferske norske forskningsresultat.
Artikkelforfatteren forteller om forskningsresultater som har gitt ham håp om at verden en gang vil få en kommersiell prosess som forvandler sollys og vann til nullutslippsbrenslet hydrogen. Illustrasjonsfoto: Yasuko Aoki/amanaimagesRF/Thinkstock
Artikkelforfatteren forteller om forskningsresultater som har gitt ham håp om at verden en gang vil få en kommersiell prosess som forvandler sollys og vann til nullutslippsbrenslet hydrogen. Illustrasjonsfoto: Yasuko Aoki/amanaimagesRF/Thinkstock

«Grønt hydrogen» er blinket ut som en av energibærerne verden trenger for å nå Paris-målene. Over 200 år har gått siden det ble vist at hydrogen lar seg fremstille ved å spalte vann med elektrisitet. Prosessen fikk navnet vannelektrolyse. I 1972 brukte to japanske kjemikere solstråler i tillegg til strøm – og så at lyset økte hydrogenproduksjonen.   

Dermed var håpet tent om en kommersiell direkterute fra solenergi, alle energikilders mor, til hydrogen. Drømmen var mer effektiv energibruk. Mer presist: en prosess med så lave energitap at det blir unødvendig å gå veien om solceller og strømproduksjon for å få sollys til å duge til vannspalting. Men til nå har det blitt med drømmen.     

De fleste materialer som kan brukes til formålet, fanger nemlig kun en begrenset del av solspekteret. Ved Sintef, Universitet i Oslo og Oslo universitetssykehus tok vi tak i dette.

Biologisk katalysator

Med økonomisk støtte fra Forskningsrådet, har vi utviklet et biologisk katalysatorsystem. Dette er basert på enzymer, som er billigere enn de dyre platina-katalysatorene andre har brukt. I tillegg har vi tatt i bruk nye nanomaterialer som absorberer mer av sollyset.

Lab-resultatene gir oss tro på at en videreutviklet versjon av løsningen vår i fremtiden kan øke effektiviteten vesentlig for direkteruten sol – hydrogen.     

Utslippsfrie kjøretøy

I dag fremstilles hydrogen primært som ingrediens for produksjon av gjødsel. Da lagd fra fossile ressurser som naturgass, og med CO2 som biprodukt.

Men hydrogen er også en energibærer som kan brukes til alt fra å produsere strøm til å gjøre lastebiler utslippsfrie. Skal dette gagne klimaet, må hydrogenet fremstilles på klimavennlig vis. Flere grønne ruter er mulige, deriblant:

  • Omvandling av fossilt råstoff, såfremt biproduktet CO2 fanges og lagres.
  • Vannelektrolyse, om strømmen er fornybar.
  • Feltet vi forsker på: vannspalting ved hjelp av sollys.         

Flyttesjau i elektroders indre

Som japanerne bak solgjennombruddet i 1972, bruker vi utstyr som likner på produksjonsceller for klassisk vannelektrolyse. I begge tilfeller benyttes kamre fylt med en elektrolytt: vann tilsatt salter. Ned i væsken stikker to elektroder, elektrisk ledende elementer, som er forbundet via en ledning. 

Prosessen vår starter med at solstråler treffer den ene av elektrodene – anoden. Energien i lyset setter i gang en flyttesjau i anodematerialet. Fra det trygge husværet i anodens atomer, sparkes elektroner ut – negativt ladde partikler som til da har kretset rundt atomkjernene.

Kicket fra solenergien sender de nå hjemløse elektronene gjennom ledningen, mot den andre elektroden – katoden. Der skaper flyttesjauen kjemiske reaksjoner.

Ladde partikler gjør jobben

To familier «byggeklosser» fra kjemiens verden, henholdsvis negativt og positivt ladde partikler (ioner), må være til stede for at elektrokjemiske reaksjoner skal oppstå. Begge er representert i elektrolytten vår.

Den ene familien vil gjerne gi fra seg elektroner. Anoden suger disse til seg, for å fylle tomrommet etter de som har flyttet ut. «Klossene» fra den andre familien vil gjerne fylle på med elektroner i atomskallene sine. De strømmer til katoden for å «spise» elektroner som kommer via ledningen. Men ved de betingelsene som råder i produksjonscellen, klarer vi å nekte dem måltidet.  

Som et resultat av alt dette får vi oksygengass til å stige opp ved anoden, og hydrogengass ved katoden.

Bakterier står for nyvinning

Nyvinningene våre knytter seg særlig til katoden. Her fester vi enzymer, som forskerkolleger ved Oslo universitetssykehus får E.coli-bakterier til å produsere. Enzymene stimulerer den kjemiske reaksjonen vi må ha ved katoden for å få produsert hydrogen.

Mye skjer nå på feltet vannspalting. Blir vinneren direkteruten fra sol til hydrogen? Eller kanskje vannelektrolyse der kommende avanserte membraner gjør elektrolyttens jobb? Det vet ingen.

Ennå er vi langt fra den effektiviteten metoden vår må ha for eventuelt å slå gjennom. Men resultatene er så lovende at vi håper den en gang kan bli en kommersiell direkterute fra sollys til hydrogen.

Artikkelen sto første gang i Dagens Næringsliv fredag 29. juni 2018 og gjengis her med DNs tillatelse.