FOLIE: Forsker Thijs Peters ved SINTEF i Oslo viser frem hvordan palladiumlegeringen de har utviklet, kan brukes til å separere hydrogen fra andre gasser, for eksempel CO2. (Bilde: Stein Jarle Olsen)
PROSESSEN: SINTEFs membran sammenlignet med en vanlig prosess med rensing før forbrenning. Membranen kan potensielt fungere fra steg 1, men tester har vist at det er mest effektivt å sette inn membranen fra steg 2.

Norsk membran setter verdensrekord

  • Kraft

– Med vår teknologi kan man lage ren hydrogen i en ettrinnsprosess, sier forskningssjef Rune Bredesen ved SINTEF til Teknisk Ukeblad.

Pre-combustion

Forskere ved SINTEF har siden 90-tallet jobbet med utvikling av membranteknologi for hydrogenseparasjon. I dag er dette veldig aktuelt for fangst av CO2 før forbrenning. I slike prosesser lages først en blanding av hydrogen og CO2 av det opprinnelige brenselet, og deretter separeres de to gassene. Hydrogenet går til forbrenning, mens CO2 går til lagring.

Membranene SINTEF benytter, er laget av en palladiumlegering. Metoden de bruker for å lage membranene, såkalt sputtering, gir en film på mellom en femtedel og en tidel av vanlig aluminiumsfolies tykkelse, som kun slipper gjennom hydrogen.

Bruker man et porøst stålrør som mekanisk støtte for den tynne filmen, kan man ved høyt trykk skille ut hydrogen fra andre gasser, for eksempel CO2.

TYNN: SINTEFs palladiumlegering lages ved å "sputtre" stoffene på en overflate av silisium (den runde skiva). Den kan så dras av som en tynn film. Stein Jarle Olsen

Null utslipp

– Ved å fjerne karbonet før du forbrenner brenslet, handler det om å overføre mest mulig energi til hydrogen, for å si det enkelt. Når du brenner hydrogenet med luft, brukes denne energien til å produsere strøm uten CO2-utslipp. Membranteknologien kan i prinsippet brukes for mange typer brensel, som naturgass, kull, tungolje og biomasse, sier Bredesen.

– Med CO2-fangst ved hjelp av aminer, som det snakkes om på Mongstad, bruker du en væske til å fjerne CO2 fra forbrenningsgassen. Dermed må du rense væsken etterpå for CO2, og dette er energikrevende. Med membraner slipper du denne såkalte regenereringen, utdyper forskningsleder Partow Pakdel Henriksen.

Andre mulige anvendelser er hydrogenproduksjon for bruk i brenselsceller til for eksempel PC-er, fyllestasjoner for hydrogenbiler og gjenvinning av hydrogen i industriprosesser, påpeker Bredesen.

Verdensrekord

Hydrogenfluksen (gjennomstrømningen) i membranen er målt til opptil 2,5 liter per kvadratcentimeter per minutt ved 26 bars hydrogentrykk, noe SINTEF-forskerne mener er verdensrekord.

– Dette er et tall som er veldig mye høyere enn alt annet som finnes der ute, og akkurat ble publisert i vitenskapelige tidsskrifter. Tallet vil nok gå ned under reelle driftsbetingelser, men det sier likevel noe om potensialet som ligger i membranen, sier forsker Marit Stange.

Hydrogengassen som kommer ut er svært ren. Målinger har vist at det med 26 bars trykk strømmer hydrogen 3000 ganger fortere enn nitrogen gjennom membranen.

PÅ LABEN: Forskningssjef Rune Bredesen (t.v.) og forskerne Marit Stange og Thijs Peters demonstrerer testkammerne for palladiummembranen de har utviklet. Stein Jarle Olsen

Dyrere, men billigst

Forskningen til SINTEF har blant annet fått støtte fra Forskningsrådet og det BP-koordinerte EU-prosjektet CACHET (Carbon Dioxide Capture and Hydrogen Production from Gaseous Fuels), som også sammenlignet teknologien direkte med en rekke andre lovende teknologier på området.

Sammenlikningen viste at den membranbaserte teknologien har potensial til å gi både billigst og mest effektiv fangst av CO2 før forbrenning.

Sammenligningen viste at membranteknologien foreløpig gir en strømpris på 74,4 euro per MWh.

Det var desidert lavest av teknologiene i CACHET-prosjektet, men fortsatt en god del høyere enn kraft fra naturgass uten CO2 fangst, som hadde en pris på 55,9 euro per MWh.

Omregnet i norske kroner gir det en pris på henholdsvis cirka 60 og 45 øre per kWh.

– Du kan aldri gjøre det billigere enn når du bare slipper CO2-en rett ut i lufta, men med vår membranteknologi gjør du det forhåpentligvis billigere enn med andre rensemetoder. Teknikken er for øvrig kun aktuell for nye kraftverk, den passer ikke for retrofitting, sier forsker Thijs Peters.

Oppskalering

Forskerne har stabilitetstestet membranene i perioder på over ett år. Målet er at teknologien skal kunne oppskaleres og kommersialiseres på sikt.

Langt tykkere membraner av palladiumlegeringer er allerede i bruk i en fyllestasjon for hydrogenbiler i Japan. Men materialet er kostbart, og tynnere membraner er derfor langt billigere og har større hydrogenfluks enn de tykke membranene.

– Så tynne membraner med samme kvalitet har ikke japanerne laget. Og teknologien vår er dessuten patentert, sier Rune Bredesen.

– Så tynne membraner med samme kvalitet har ikke japanerne laget. Og teknologien vår er dessuten patentert, sier Rune Bredesen. PROSESSEN: SINTEFs membran sammenlignet med en vanlig prosess med rensing før forbrenning. Membranen kan potensielt fungere fra steg 1, men tester har vist at det er mest effektivt å sette inn membranen fra steg 2.