Elektrolyse

Tynnere membran gjør elektrolyse billigere

Det nystartede norske selskapet Hystar har klekket ut en ny teknologi for å gjøre såkalt PEM-elektrolyse (Proton Exchange Membrane) billigere og mer effektiv.

Tester: En av gründerne av Hystar, Alejandro Oyarce Barnett tester prototypen.
Tester: En av gründerne av Hystar, Alejandro Oyarce Barnett tester prototypen. (Foto: Hystar)

Det nystartede norske selskapet Hystar har klekket ut en ny teknologi for å gjøre såkalt PEM-elektrolyse (Proton Exchange Membrane) billigere og mer effektiv.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 235,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

Det snakkes mye som hydrogen som et alternativt drivstoff og som lager for energi. Den internasjonale interessen er enorm. Hydrogen er allerede et marked på over 100 milliarder dollar årlig.

Vårt letteste grunnstoff er også et verdifullt industrielt råstoff. I Norge bruker vi store mengder hydrogen til fremstilling av ammoniakk til kunstgjødsel. Hydrogen kan også få en viktig rolle i å avkarbonisere industri som bruker kull som reduksjonsmiddel, som drivstoff for båter og til langtransport av varer.

Grått hydrogen

I dag er ikke fremstillingen av hydrogen særlig miljøvennlig. 97 prosent produseres med dampreformering av naturgass og CO2-en slippes ut. Det er det vi kaller grått hydrogen. Det blir blått når vi reinjiserer CO2-gassen. Skal hydrogenproduksjon bli mer bærekraftig må vi produsere gassen grønt med elektrolyse basert på fornybar kraft.

Omfattende testing har verifisert ytelsen til Hystars teknologi. Det gir grunnlag for å kunne produsere brenselceller i Norge Foto: Hystar

Bedre grønn hydrogenproduksjon

Det nyetablerte norske selskapet Hystar, som er sprunget ut fra årelang forskning i Sintef, mener å ha løst viktige utfordringer med en ny type elektrolysør. De har utviklet en teknologi som gjør at de kan bruke de samme svært tynne membranene som benyttes i brenselceller i elektrolysører. Det gir mange fordeler.

– I en PEM-elektrolysør er anodesiden og katodesiden skilt av en tynn polymermembran som leder protoner. På anodesiden tilføres vann som spaltes til oksygen og protoner. Protonene, det vil si hydrogenkjernene som har avgitt elektronet til en ytre elektrisk krets, vandrer gjennom membranen til katoden hvor de tar opp elektroner og blir til hydrogengass igjen. I tradisjonelle PEM-elektrolysører må membranet være opptil 0,2 mm tykt. Vi har utviklet teknologi som gjør at vi kommer ned til 10 prosent av denne tykkelsen. Det gir mange fordeler, sier produktsjef i Hystar og tidligere forskningsleder i Sintef, Magnus Thomassen.

Hystarprosessen Foto: Hystar
Les også

Problemet

Problemet Hystar har adressert er at selv om tynne membraner gir mindre elektrisk motstand vil det kunne gi en farlig gassblanding på anodesiden. Det diffunderer alltid gass gjennom membraner fra begge sider av membranet til den andre siden. Så lenge det er nesten 100 prosent oksygen og hydrogen på hver side av membranen vil gassene gjerne vandre over til der partialtrykket er nesten null. Derfor vil det kontinuerlig diffundere litt O2 og H2 over til den andre siden.

– Med en vanlig membran vil det være etablere seg en konsentrasjon på en prosent på anodesiden og en halv prosent O2 på katodesiden. Det går bra, men får man over fire prosent H2 på anodesiden blir blandingen eksplosjonsfarlig. Det vil skje om membranen blir for tynn. Reduseres den til 10 prosent av tykkelsen øker hydrogenvandringen med opptil tigangeren, sier Thomassen.

Løsningen

Teknologien til Hystar løser dette på en unik måte. De blåser inn luft på anodesiden. Den nitrogenrike luften tynner ut H2-konsentrasjonen til et nivå som er godt innenfor det som er trygt.

For å forenkle konstruksjonen tilfører selskapet vannet på katodesiden i stedet for på anodesiden. Skifte av side gjør det enklere å få en god fordeling av vann og luft. Det er ikke noe problem å bytte side for membranen må være våt for å fungere. Vannet ledes gjennom membranen til anoden hvor det spaltes til O2 og hydrogenkjerner (protoner) som ledes tilbake gjennom membranet. På den andre siden binder de til seg elektroner fra den ytre kretsen og danner hydrogengass.

Vri på teknologien: Hystars teknologi gjør det mulig å h en svært mye tynnere membran som gir en stor økning i hydrogenproduksjonen med amme virkningsgrad eller vesentlig høyere virkningsgrad eller en kombinasjon av de to. Foto: Hystar

På grunn av det tynne membranet vil en del av hydrogengassen vandre tilbake, men her blir gassen fortynnet av luften på den andre siden til en trygg konsentrasjon. Så lenge man kjenner ytelsen og gasstrømmene kan H2-konsentrasjonen beregnes, men man bruker også hydrogensensorer for å være helt sikker.

Mindre motstand

Svært gode data: Prototypen viser svært god ytelse og virkningsgrad. Foto: Hystar

Ved å redusere tykkelsen på membranet kan man få en stack som er 10 prosent mer effektiv enn en tradisjonell. Det er fordi redusert tykkelse gir mindre ohmsk motstand. Alternativt kan man tredoble strømmen som produseres. Eller man kan ta ut en kombinasjon av de to effektene.

– Vi får til dette selv om vi reduserer driftstrykket fra 15 til 5 bar. Det gjør at det koster litt mer energi når hydrogengassen skal komprimeres til 350 eller 700 bar, men det betyr ikke så mye, sier Thomassen.

Sparer mye plass

– Den teknologien som er mest utbredt i dag er alkaliske elektrolysemaskiner som fungerer ved atmosfærisk trykk. Vår teknologi har en stack som er under 10 prosent av volumet til slike og som gjør at containerbygde anlegg kan bygges med bare 30 prosent av volumbehovet. Selv om alkaliske maskiner er en veldig moden teknologi, kan vi konkurrere på pris. I forhold til maskiner bygget på tradisjonell PEM-teknologi kan vi lage stacken for halve prisen. Den utgjør mellom 35 og 50 prosent av totalkostnaden for et produksjonsanlegg, sier adm. direktør i Hystar, Fredrik Mowill.

Han ser for seg storskala produksjon av slike anlegg basert på grønn strøm. En 40 fots standard container vil ha en kapasitet på 5 MWel. Det er det ingen annen teknologi som kan konkurrere med.

Mer effektiv: En enkel celle kan produsere mer enn 150 prosent mer enn det en tradisjonell PEM-celle kan. Foto: Hystar

– Teknologien er godt dokumentert og testet ut. Vi har kjørt over 4000 driftstimer i laboratoriet med svært godt resultat og fått støtte til det fra Forskningsrådet og Sintef, sier han.

Patentert

Selskapet har et bredt patent på teknologien de her utviklet. Den er søkt i store deler av verden så prinsippet er godt beskyttet. Det er Sintef som har eid patentene, men de er overført til Hystar med en viss eierandel som betaling.

Vil produsere i Norge

– Vi ønsker å produsere anlegg i Norge, selv om mange av komponentene vi trenger vil bli kjøpt inn fra hele verden. Det som er viktig nå er å få fatt i gode teknologer. Ti femten stykker i første omgang. Vi trenger dem både for å utvikle teknologien videre og til å få i gang produksjonen. Vi ser for oss en svært automatisert produksjon med utstrakt bruk av roboter, sier Mowill.

Les også

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå