Nytt koncept förenklar omvandling av vatten till vätgas
Nu har forskare presenterat ett nytt koncept för att producera vätgasenergi mer effektivt genom att dela upp vatten i syre och vätgas utan den farliga risken att blanda de två gaserna.
Den nya metoden har utvecklats vid KTH och frikopplar den vanliga elektrolysprocessen för framställning av vätgas, där vattenmolekyler spjälkas med hjälp av en elektrisk ström. I motsats till rådande system producerar den de resulterande syre- och vätgaserna separat snarare än samtidigt i samma cell där de måste separeras av membranbarriärer.
Separationen eliminerar risken för att gaserna blandas och orsakar explosioner, och den eliminerar också behovet av sällsynta jordartsmetaller, säger forskaren Esteban Toledo. Han är doktorand vid KTH och medförfattare till artikeln som idag publiceras i Science Advances. Arbetet har gjorts tillsammans med Joydeep Dutta, professor i tillämpad fysik vid KTH.
Patenterat koncept
De två forskarna har patenterat konceptet, och ett företag, Caplyzer AB, har bildats genom KTH Innovation för att skala upp tekniken.
– Den faradaiska effektiviteten för vätgas är 99 procent. Dessutom visar laboratorietester ingen uppenbar elektrod-degradering vid långtidstester, vilket är mycket viktigt för kommersiella tillämpningar, säger Joydeep Dutta.
Vid framställning av vätgas ur vatten bildas alltid syre. En typisk alkalisk elektrolysör har en positiv och en negativ elektrod i en kammare med alkaliskt vatten, åtskilda av en jongenomsläpplig barriär. När en elektrisk ström tillförs reagerar vattnet vid katoden genom att bilda väte och negativt laddade hydroxidjoner som diffunderar genom barriären till anoden och producerar syre.
En mer tillförlitlig grön energiproduktion
Men barriären skapar motstånd och om den elektriska laddningen varierar ökar risken för den explosiva blandningen mellan syre och väte.
Esteban Toledo menar att den nya synen på vattenelektrolys skapar förutsättningar för en mer tillförlitlig form av grön energiproduktion, där intermittenta källor som sol- eller vindkraft kan integreras.
– Eftersom vi inte riskerar att blanda gaserna kan vi arbeta över ett bredare intervall av tillförd effekt. Då är det mycket enklare att kombinera med förnybara energikällor som i allmänhet ger variabel effekt, säger Esteban Toledo.
Den samtidiga gasproduktionen undviks genom att en av elektroderna ersätts med en superkapacitiv elektrod tillverkad av kol. Dessa elektroder lagrar och frigör omväxlande joner, vilket effektivt separerar produktionen av väte och syre.
När elektroden är negativt laddad och producerar väte lagrar superkondensatorn energirika hydroxidjoner (OH-joner). När strömmen byter riktning släpper superkondensatorn ut de absorberade OH-jonerna och syre produceras vid den nu positiva elektroden.
– En elektrod tar hand om utvecklingen av både syre och väte. Det är ungefär som ett uppladdningsbart batteri som producerar vätgas - växelvis laddning och urladdning. Allt handlar om att slutföra kretsen, säger Joydeep Dutta.
Forskningen har delvis finansierats av Vinnova och Åforsk.
Text: David Callahan ( callahan@kth.se )