Forskere: Denne metoden vil vinne teknologikampen om power-to-x

I Danmark har Power-to-x har blitt et begrep også politikerne tar i bruk for tiden i forbindelse med det grønne skiftet.

For vi blir simpelthen nødt til å kunne konvertere elektrisk energi fra sol eller vind til kjemisk energi i form av hydrogen, som senere kan brukes i en rekke applikasjoner ('x') hvis vi skal oppnå den grønne omstillingen.

Kort sagt kan vi bruke den elektriske energien til å splitte H2O og CO2 for å få H2 og CO, som vi kan bruke i energiforsyningen eller til å produsere kjemikalier.

Det er tre forskjellige teknologier som kan brukes: alkalisk elektrolyse, polymer elektrolyttmembran (PEM) eller fast oksydelektrolyse (SOEC – solid oxide electrolysis cell).

I en gjennomgangsartikkel i Science denne uken redegjør forskere fra DTU, Aalborg University og Haldor Topsøe med Anne Hauch fra DTU Energi som hovedforfatter, om de siste 10-15 års betydelige fremskritt innen SOEC-teknologi. Dette har gjort at denne teknologien nå er interessant for oppskalering og industriell bruk i større skala.

Prestisjefylt

Anne Hauch sier at dette er en artikkel de ble oppfordret til å skrive av en av redaktørene på Science da de henvendte seg for å skrive en kommentar som svar på en annen artikkel i fjor i Science fra en amerikansk-kanadisk forskningsgruppe med tittelen «Hva skal til for å fornybart drevet elektrosyntese for å fortrenge petrokjemiske prosesser?»

Den henvendelsen førte til en rettelse av den amerikansk-kanadiske artikkelen, men også invitasjon til å skrive en helt ny artikkel.

– Og hvem sier nei til et slikt tilbud? sier Anne Hauch.

Her er det verdt å nevne at Science er en av de mest prestisjefylte tidsskriftene forskere kan publisere i.

Eksperter i 2017: PEM vinner 6-3 over SOEC

Danmark og Tyskland er blant dem som er veldig fokusert på SOEC, mens det andre steder er mer fokus på alkalisk elektrolyse og PEM.

I en artikkel fra 2017 i International Journal of Hydrogen Energy beskrev forskere fra Imperial College London resultatene av en studie blant 10 ledende eksperter innen katalyse, hvorav to var fra DTU, om hvilken katalytisk teknologi som ville være mest interessant i henholdsvis 2020 og 2030.

På kort sikt holdt flertallet fast ved alkalisk elektrolyse, som er den mest modne teknologien, mens bare én mente alkalisk elektrolyse ville være best i 2030. Seks vurderte PEM som mest interessant på dette tidspunktet og tre holdt fast ved SOEC.

De britiske forskerne konkluderte i denne artikkelen med at 'ekspertene, som sier at SOEC-systemer vil være å foretrekke innen 2030, forventer at denne teknologien når samme nivå av kostnad og levetid som for alkalisk elektrolyse og PEM, selv om det er forbundet med høy usikkerhet.

Anne Hauch erkjenner at nettopp kostnadene og levetiden har vært og til dels er et problem for SOEC, men formålet med den nye gjennomgangsartikkelen er nettopp å belyse de mange forskningsresultatene som viser at det har skjedd en enorm utvikling i løpet av de siste 10-15 årene.

SOEC har hele pakken

Brian Vad Mathiesen fra Aalborg Universitet, som er en av medforfatterne av den nye artikkelen, uttaler at han har «vanskeligheter med å se at PEM skal være teknologien med størst potensiale.» Han vurderer dette ut fra prisen og avhengigheten av edle metaller i denne prosessen.

Haldor Topsøe har sendt ut en pressemelding der Rainer Küngas, som også er medforfatter av artikkelen, uttaler:

– Den høye driftstemperaturen til SOEC gir opphav til de to viktigste fordelene i forhold til alkaliske og PEM-elektrolysatorer: gunstigere termodynamikk og raskere kinetikk. Det er også viktig at SOEC-teknologi er basert på skalerbare produksjonsmetoder og rikelig med råvarer som nikkel, zirkonia og stål.

Haldor Topsøe er et av de absolutt ledende selskapene innen SOEC, men de er ikke alene. Det tyske selskapet Sunfire investerer også i teknologien.

I tillegg har SOEC fordelen av å kunne integreres termisk med produksjon av f.eks. metanol, dietyleter, syntetiske drivstoff og ammoniakk.

Selv om Anne Hauch mener at det i prinsippet godt kan være rom for alle tre teknologiene i fremtiden, er det disse fordelene som får henne til å si at 'SOEC kan gjøre alt'.

Fra forskning til demonstrasjon

Hovedbudskapet i artikkelen er at fokuset rundt SOEC nå har skiftet fra å dreie seg om forskning og utvikling til oppskalering.

Dette er noe som Haldor Topsøe og DTU Energi samarbeider om i et prosjekt støttet av Innovasjonsfondet. Dette prosjektet er rettet mot SOEC i forbindelse med ammoniakkproduksjon.

Men det er fortsatt mye å undersøke om SOEC skal nå sitt fulle potensiale.

I Science-artikkelen påpeker Anne Hauch og Co at selv om det har vært betydelige forbedringer på cellenivå, er det et behov for å utvikle enda mer robuste og stabile elektroder i cellene, inkludert å løse problemet med nikkelmigrasjon.

På stack-nivå (se tegningen øverst i denne artikkelen) kan SOEC operere under veldig forskjellige forhold som gjør det meningsløst å bare fokusere på lang levetid. I stedet bør man fokusere på den totale mengden gass som kan produseres i stackens levetid, ifølge forskergruppen.

Selv om artikkelen viser at det er gjort betydelige fremskritt for SOEC og at fremtidig utvikling ser lovende ut, må man huske på at konkurrerende teknologier også kan forbedres.

Så det er verdt å fremheve forskernes innledende bemerkninger i artikkelen om at SOEC ikke vil være det foretrukne valget med mindre den totale kostnaden for å produsere ett kilo H2 er under det som vil være tilfelle for alkalisk og PEM-teknologi.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren.