Ib Chorkendorff. E-fuels kan erstatte fossile brændstoffer. Dynamo nr. 61.

E-fuels kan erstatte fossile brændstoffer

torsdag 16 jul 20
|
af Morten Andersen

Kontakt

Ib Chorkendorff
Professor
DTU Fysik
45 25 31 70
Artiklen har været bragt i DTU's magasin Dynamo nr. 61, juni 2020.

Læs flere artikler i temaet 'Veje til fossilfrie flydende brændstoffer'.

Fremtidens fly, skibe og lastbiler skal drives frem af e-fuels - brændstoffer produceret ud fra dels indfanget CO2 og dels brint, der er fremstillet ved spaltning af vand.

”Selvfølgelig kan vi få Greta Thunberg op at flyve!” Svaret kommer prompte fra Ib Chorkendorff, professor ved DTU Fysik og leder af The VILLUM Center for the Science of Sustainable Fuels and Chemicals.

”Vi er allerede i princippet i stand til at drive fly, skibe og biler frem uden CO2-udledning. Spørgsmålet er kun, hvilken af de mulige teknologier, der vil være mest effektiv. I sidste ende bliver økonomien helt afgørende.”

Ifølge fysikprofessorens vision skal fremtidens fly, skibe og lastbiler drives frem af såkaldte elektro-brændstoffer – også kaldet e-fuels, som er en forkortelse af det engelske ord electrofuels. E-fuels har potentialet til at erstatte fossile brændstoffer i de tunge transportmidler, som er vanskelige at elektrificere.

E-fuels kan produceres ved hjælp af elektrolyse. Elektrolyse er kemisk sønderdeling af stoffer i en opløsning ved hjælp af en elektrisk strøm. Således er det muligt at spalte vand i dets to bestanddele: brint og ilt. Når man herefter lader brinten reagere med CO2, kan man lave metanol, som er et flydende brændstof.

Flueben ved klimavenligt brændstof

Elektrolyse kræver energi i form af elektricitet. Sørger man for, at denne elektricitet kommer fra vedvarende energikilder som vindmøller og solceller, kan man producere sin brint uden klimapåvirkning. Endvidere kan man hente sin CO2 fra afbrænding af biomasse.

”Dermed kan vi sætte flueben ved at få Greta Thunberg op at flyve på klimavenligt brændstof. Men en af pointerne er, at vi ikke skal pumpe CO2 ned i undergrunden, som mange interesserer sig for. Vi skal indfange CO2, javel, men det skal være som en værdifuld råvare til fremstilling af e-fuels,” siger Ib Chorkendorff.

Det hører med i billedet, at også den ilt, der bliver produceret under elektrolysen, kan komme til god gavn. Nemlig som et hjælpestof.

”Dels giver ren ilt en ekstra god forbrænding, når biomasse skal afbrændes for at give el, varme og CO2, dels får man meget nemmere ved at trække CO2 ud, da den ikke er blevet fortyndet med luftens kvælstof,” forklarer Ib Chorkendorff.

Tyske tanks kørte på Power-to-X

Kært barn har mange navne. Konceptet, som Ib Chorkendorff og hans kolleger arbejder med, bliver også kaldt ’Power-to-X’. Udtrykket dækker over en række teknologier, der starter med produktion af brint ved hjælp af elektrolyse. Altså ved hjælp af elektricitet – ’Power’. Og derudfra produceres enten flydende brændstoffer, kemikalier, gas eller noget helt fjerde. Altså ’X’.

Man skal ikke lade sig narre af det hypede navn, understreger Ib Chorkendorff:

”Power-to-X er ikke rocket science. Allerede under 2. verdenskrig fremstillede tyskerne brændstof ud fra kul, da de havde problemer med at få nok olie. De benyttede den såkaldte Fischer-Tropsch-metode, der først omformer kul og vand til en blanding af CO og brint, der så over en katalysator omdannes til flydende kulbrinter. Økonomien i metoden er dårlig, men den tyske hær havde desperat brug for brændstof. Mod slutningen af krigen kørte hele den tyske hær på brændstof, der var fremstillet ved hjælp af Fischer-Tropsch.”

Kulbrinter er interessante, fordi de findes i store mængder i fossile ressourcer. Men det er altså muligt at fremstille dem selv.

”Hvis man kan få brint fra elektrolyse og CO2 fra afbrænding af biomasse i ren ilt, kan man i princippet bygge sine kulbrinter op på en bæredygtig måde,” siger Ib Chorkendorff og tager visionen et skridt videre:

”På den lange bane kunne man forestille sig, at disse processer blev koblet sammen. I stedet for at producere brint kunne man ved elektrolysen koble sine protoner direkte på CO2 og derved bygge sine kulbrinter op. Dette er et meget hot forskningsområde, hvor man forsøger at gøre tingene på en helt ny måde. Dog ikke nyere, end at dette netop er, hvad naturen gør ved fotosyntese!”

Barrieren er prisen på strøm

Metoderne har høje energiforbrug. Det påvirker klimaregnskabet for Power- to-X negativt, men den situation vil forandre sig, understreger Ib Chorkendorff:

”Energien til at drive processerne kommer jo fra elektricitet. Her mener jeg godt, at vi kan tillade os at kigge ud over den nuværende situation, hvor vores energiproduktion skaber CO2-udledning. I en nær fremtid, hvor vindmøller og solceller producerer rigelige mængder af klimaneutral strøm, vil dette problem være løst. Med hensyn til behovet for CO2 som råvare er der tale om genbrug, da vi får CO2 fra afbrænding af biomasse. Under planternes vækst har de jo samlet CO2 op fra luften. Samlet set er det altså helt CO2-neutralt.”

Han erkender dog, at klimapåvirkning kun er en del af problemet ved et højt energiforbrug. Det vil også handle om penge:

”For mig at se er spørgsmålet ikke, om vi kan skabe klimaneutrale brændstoffer, men hvor meget vi er villige til at betale for det. Hvis vi forestiller os, at de fossile brændstoffer blev 2,5 gange så dyre som i dag, så ville e-fuels begynde at blive relevante. Teknologien skal dog forbedres betydeligt. Udfordringen er at gøre teknologien så billig og effektiv, at den kan konkurrere med fossilt brændstof.”

Oppe mod 100 års fossile løsninger

Et nøgleord fremadrettet er udvikling af nye katalysatorer. Den nuværende produktion af benzin, opløsningsmidler, plastik og en lang række andre produkter ud fra råolie er baseret på katalytiske processer, der er udviklet over de sidste 100 år og har undergået stadige små forbedringer. Derimod er fremstillingen af e-fuels og en række andre produkter med lav klimapåvirkning og høj bæredygtighed først lige begyndt, og der er behov for at udvikle helt nye processer og katalysatorer til formålet.

Lige uden for Ib Chorkendorffs kontor fører en trappe ned til forsøgshallen, hvor man kan se udvikling af katalysatorer i fuldt flor. Det drejer sig om katalysatorer til fremstilling af brint, flydende brændstoffer, kemikalier og en lang række andre produkter. Mange af forskergruppens projekter sker i samarbejde med Haldor Topsøe A/S, der er en af verdens førende producenter af industrielle katalysatorer.

”Samarbejdet med Topsøe har meget stor værdi for os. Det er vigtigt at have industrien med. Det øger chancerne for, at vores idéer kan blive realiseret. Først og fremmest har Topsøe stor viden om, hvordan man kan skalere tingene op.”