Skip kan bli selvforsynt med hydrogen

En gruppe forskere i Boston nærmest «lekte» seg i laboratoriet ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) da oppdagelsen ble gjort. De har publisert en artikkel om funnet i tidsskriftet Cell Reports Physical Science.

Doktorgradsstudent Aly Kombargi er hovedforfatter av artikkelen. Han sier ifølge pressemeldingen at studentene gjorde funnet mens de «lekte seg».

Når salt sjøvann reagerer med aluminium med et beskyttende lag gallium (Ga) og indium (In) og kaffegrut i en reaktor, dannes hydrogen.

Deler av prosessen har vært kjent, men ikke hvordan det kan gjøres slik at det dannes nok hydrogen raskt nok fra sjøvann til at det kan utnyttes. Nå er utfordringen å skalere opp og bygge en reaktor som kan stå på skip.

På slump

Det har lenge vært kjent at når rent aluminium som ikke har blitt forurenset av oksygen i luften, kommer i kontakt med vann, oppstår det en kjemisk reaksjon som produserer hydrogengass, varme og en type aluminiumoksid.

Forskerne fant at denne reaksjonen også fungerte ved bruk av sjøvann, men at det var en ganske langsom reaksjon. Ved en rent innfall ble kaffegrut puttet inn i prosessen, noe som førte til en raskere reaksjon, skriver MIT i en pressemelding.

Forskerne fant ut at en lav konsentrasjon av imidazol – en ingrediens i koffein – var nok til å framskynde reaksjonen. Ved å putte kaffegrut i sjøvann og deretter aluminiumpellets, ble det i løpet av fem minutter dannet samme mengde hydrogen som på to timer uten tilsetningen.

Oksygenbeskyttelse

Prosessen er likevel ikke helt uten utfordringer.

I aluminium-vann-reaksjonen oppstår det en form for «Catch-22»-situasjon, det vil si en situasjon uten løsning. Aluminium danner et skjoldlignende lag av oksid så snart det kommer i kontakt med oksygen i luften. Det er derfor aluminiumsbokser ikke reagerer med vann (H₂O).

Forskerne fant imidlertid ut at de kan holde reaksjonen i gang ved å forbehandle aluminium med en liten mengde sjelden metallegering laget av en spesifikk konsentrasjon av gallium og indium. Legeringen fungerer som en «aktivator». Den skrubber bort all oksidoppbygging og skaper en ren aluminiumsoverflate som er fri til å reagere med vann, skriver MIT i en melding.

Forskerne anslår at 1 gram resirkulert aluminiumpellets vil generere 1,3 liter (0,09 gram) hydrogen på fem sekunder. Det vil si at om lag 9,3 kilo aluminium er nødvendig for å produsere 1 kilo hydrogen.

Gjenvinning

For å gjøre prosessen bærekraftig og rimelig, måtte forskerne finne en måte å gjenvinne og resirkulere det dyre galliumindiumet (GaIn) på.

De fant at ioner (atomer eller molekyler med en elektrisk ladning) beskyttet GaIn fra å reagere med vannet og hjalp det til å felles ut til en form som kan gjenbrukes.

– Heldigvis er sjøvann en ionisk løsning som er veldig billig og tilgjengelig, sier Kombargi, som testet ideen med sjøvann fra en strand nær Boston.

– Jeg dro bokstavelig talt til Revere Beach med en venn, og vi tok flaskene våre og fylte dem, og så filtrerte jeg bare ut alger og sand, la til aluminium, og det fungerte med de samme resultatene gjentatte ganger, sier Kombargi.

Ifølge MIT er også avfallsproduktet fra prosessen – aluminiumoksyhydroksid – verdifullt og kan selges til industriell bruk og bidra til å senke kostnadene for hydrogenanlegg til skip.

Aluminiumoksyhydroksid, også kjent som boehmitt, kan blant annet brukes som et beleggmateriale som forbedrer den termiske og mekaniske stabiliteten til elektriske apparater og batterier, som flammehemmer i plast og elektronikk og som forsterkende materiale i keramikk.

Bærekraft

Forskerteamet, som ledes av professor i maskinteknikk Douglas Hart, utvikler nå en liten reaktor som kan kjøre på et skip eller ubåt. Doktorgradsstudent Kombargi poengterer at det eneste «drivstoffet» skipet behøver å ta med, er aluminium, gjerne resirkulert fra gamle bokser.

– Fartøyet må ha med seg aluminiumpellets sammen med en liten mengde gallium-indium og koffein, forklarer MIT i pressemeldingen.

– Disse ingrediensene kan med jevne mellomrom ledes inn i reaktoren, sammen med noe av det sjøvannet skipet befinner seg i, for å produsere hydrogen etter behov. Hydrogenet kan da gi drivstoff til å generere elektrisitet til skipet, enten i en hydrogenmotor eller i en brenselcelle, skriver MIT.

Det gjenstår imidlertid å analysere bærekraften i teknologien, både økonomisk og med tanke på karbonfotavtrykk, heter det i pressemeldingen.