Man kan undre sig over, hvorfor en 70-årig, som må siges at have aftjent sin videnskabelige værnepligt, kaster sig over ledelsen af et helt nyt grundforskningscenter, men til Niels J. Bjerrum burde spørgsmålet nok snarere være: Hvorfor ikke? For forskningen i – og ikke mindst udviklingen af – fremtidens energikilder, er det, der driver værket for professor Niels J. Bjerrum på DTU Kemi.
”Man kan sige, at jeg er kommet op i årene, og jeg behøvede jo ikke, men det er, fordi det er spændende at se tingene udvikle sig. Det er, fordi det er morsomt, og jeg vil gerne følge tingene til dørs, så længe jeg kan,” siger han.
Niels J. Bjerrum vil sætte prisen ned og effektiviteten op på elektrolysatorer. Dermed kan Danmark komme et stort skridt nærmere ambitionerne om en fossilfri energiforsyning. Foto: Nanna Kreutzmann
Niels J. Bjerrum blev uddannet mag.scient. i kemi fra Københavns Universitet i 1966 og fik en doktorgrad i teknik fra Danmark Tekniske Højskole (nu DTU) i 1982. Hans forskning koncentrerer sig især om kemiske forbindelser og materialer med henblik på at udvikle miljøvenlig energiteknologi. Herunder ligger især mange års arbejde med at udvikle brændselsceller og elektrolysatorer, der bl.a. anvendes ved fremstilling af ilt og brint. Et arbejde, der nu videreføres i det nye grundforskningscenter PROCON (Dansk-kinesisk center for Intermediate Temperature Proton Conducting Systems), som er finansieret af Danmarks Grundforskningsfond.
Centret skal blandt andet forske i elektrolysatorer og brændselsceller med det formål at skabe fremtidens energikilder. For, som det understreges i den nyligt udkomne rapport fra Klimakommissionen, er der brug for at omlægge Danmarks energiforsyning fra den forurenende og begrænsede olie til vedvarende energi baseret på sol, vind og biomasse.
“Den sidste olie er jo snart brugt,” siger Niels J. Bjerrum og fortsætter: ”Det kan være, man finder noget ved Grønland, men stadigvæk: Der er ikke olie nok. Så vi bliver nødt til at gøre noget. Og der, hvor der er mest at hente, det er med sollyset.”
Det er netop sollyset, og den energi, som det skaber, det nye grundforskningscenter skal arbejde med at tøjle.
Vedvarende energi er stadig for dyrt
Løsninger har man nok af. Et eksempel kunne være at bruge elektricitet fra et solanlæg til at drive elektrolysatorer, der kan lagre energien fra sollyset som brint. Brinten kan blandt andet bruges som brændstof til brændselsceller, og på den måde kan energien fra solen bruges til at drive en motor. Der er i forskningsverdenen stor enighed om, at det blandt andet er brændselsceller, som skal overflødiggøre mange af de oliedrevne motorer, vi kender i dag.
Brændselsceller er ikke nogen ny idé, og vi ved, at de virker. De er dog stadig meget dyre. Så prisen er den altoverskyggende grund til, at vi endnu ikke er vant til at se biler og plæneklippere drevet af brændselsceller. Det er blandt andet det, Niels J. Bjerrums nye grundforskningscenter skal råde bod på. For fordelene ved brændselscellerne er mange.
”De lugter ikke, de larmer ikke, og så er de bedre for miljøet,” siger Niels J. Bjerrum og konkluderer: ”Det er bare for dyrt.”
Der er derudover en betydelig forhindring i det, at hverken elektrolysatorer eller brændselsceller er særlig holdbare eller effektive. Så hvis denne fremgangsmåde skal bruges i stor stil fremover, er det afgørende, at man finder en måde, hvorpå de bliver mere effektive og økonomiske. Derfor vil det nye grundforskningscenter skabe baggrunden for den næste generation af elektrolysatorer og brændselsceller. Et afgørende element i denne udvikling er at hæve temperaturen.
Op med temperaturen – ned med prisen
For at sænke prisen og højne effektiviteten vil Niels J. Bjerrum og hans medarbejdere på det nye grundforskningscenter undersøge materialer til brændselsceller, der kan fungere i temperaturområdet mellem 200° C og 400° C.
”Vi mener, at vi ved at gå op i temperatur kan opnå nogle ekstra fordele, specielt i kombination med brændslet. Det er sådan, at de fleste celler bruger brint i en trykflaske. Det er tungt og besværligt, og flaskerne skal fornys. Vi vil hellere gemme det i form af for eksempel metanol. Men skal man bruge metanol, så skal den omdannes til brint, og det gør man ved at varme det op sammen med vand. Det kræver en katalysator, hvor man skal op over 200° C,” siger Niels J. Bjerrum.
Det vil også kunne åbne op for brugen af andre former for biobrændsel, som for eksempel bioetanol udvundet af planter. Den høje temperatur gør det altså muligt at bruge flere forskellige former for brændstof til brændselscellerne. Men hvor en højere temperatur umiddelbart kan lyde som en fordyrende faktor, så fortæller Niels J. Bjerrum, at det faktisk er det, der er med til at gøre systemet mere effektivt. Overskudsvarmen fra brændselscellen kan nemlig bruges til at omdanne brændslet til brint. Systemet kan altså selv udvinde brint fra brændslet, og derved mindskes energiforbruget i brændselscellen. Den højere temperatur giver derudover den fordel, at man måske kan udskifte det dyre platin i brændselsceller med andre – og billigere – materialer.
Fra sollys til benzin
Ud over brændselsceller skal det nye grundforskningscenter også se på de tidligere nævnte elektrolysatorer, der i princippet fungerer som en omvendt brændselscelle. Ved at lede elektricitet ind i elektrolysatorerne spaltes vand i ilt og brint, og her finder vi et helt afgørende element i fremtidens energiforsyning.
”Brændselscellerne kan utvivlsomt bruges på mange områder, og det, vi håber at opnå, er, at man får en mere effektiv udnyttelse af brændstoffet. Men det er jo ikke en primær energikilde – det er bare at udnytte den eksisterende energi på en mere effektiv måde. Efterhånden som brændselscellerne bliver billigere og bedre, så vil også efterspørgslen på brint, til at drive dem, stige markant. Brint bliver derfor den helt centrale energikilde i fremtiden, og skal vi gøre os håb om at kunne dække behovet, så skal der udvikles elektrolysatorer, som kan matche efterspørgslen. Meget af energiforsyningen skal baseres på vandspaltning. Så det er fra vores synspunkt fremtidssikret, og der er arbejde til mange år frem,” siger Niels J. Bjerrum.
Problemet med elektrolysatorer er, ligesom med brændselscellerne, at prisen i dag er alt for høj. En løsning, der kan give mere effektive elektrolysatorer er igen at hæve temperaturen, så vandet i systemet bliver til damp, og der skal bruges mindre energi for at udvinde brinten. Det kræver imidlertid nye materialer, idet elektrolysatorer i dag er skabt til at arbejde ved omkring 80° C. Planen er at forsøge at hæve temperaturen til 400o C. Men igen støder man her på en barriere med hensyn til, hvilke materialer der kan operere ved så høje temperaturer.
”Det viste sig, at titan, som man kan bruge i PEM-elektrolysatorer (PEM er et specielt materiale til celler i nogle elektrolysatorer, red.) ved 80°, ikke kunne bruges i vores elektrolysatorer ved 150° C. De bruger nemlig fosforsyre, som æder titan ved den højere temperatur. Men vi fandt så ud af, at man kan bruge tantal i stedet. For ved elektrolyse på 150° C er tantal langt bedre. Problemet er, at når du så går yderligere op i temperatur, så bliver tantal ustabilt, og vi skal nok overveje, om vi kan modificere tantal, eller om vi på anden måde kan forhindre korrosionen, så vi kan bruge rustfrit stål i stedet for,” siger Niels J. Bjerrum.
Ved højere temperaturer kan den dannede brint reagere med CO₂ og derved producere metan eller syntetisk benzin. Heri ligger der gode muligheder for at udnytte den CO₂, der udledes ved kulforbrænding i stedet for at slippe den ud i atmosfæren.
”Den brint, man laver, behøver man jo ikke at bruge i brændselsceller. Du kan bruge den til at lave benzin, og så kan du sende den ud på normal vis til biler, så man i princippet omdanner sollys til benzin. Og så kan man køre, som man hele tiden har kørt,” forklarer Niels J. Bjerrum.
Nyt energieventyr?
Det er en vigtig ambition for grundforskningscentret at finde frem til fremtidens måder at lave elektrolyseapparater og brændselsceller på. Og Niels J. Bjerrum ser store muligheder for at lade dansk erhvervsliv skabe et nyt energieventyr på baggrund af hans forskning.
”Hvis vi kan lave noget, og dansk industri kan følge det op, så har vi et forspring der. Det, at vi var tidligt ude, har jo gjort, at der er kommet mange penge til Danmark på grund af vindmøllerne. Og det er jo noget lignende, hvis vi har et eller andet gennembrud her. Så det er selvfølgelig vigtigt for os at være tidligt ude, og hvis vi kan få lavet nogle gennembrud, så håber vi også, at landet kan få glæde af det. Specielt med elektrolysatorer er potentialet meget stort, for på et eller andet tidspunkt er der ikke fossile brændstoffer nok, og så skal vi gøre noget,” siger Niels J. Bjerrum.”
Det en forudsætning for Niels J. Bjerrum, at centrets arbejde på sigt vil føre nye muligheder for dansk industri med sig. Men bag denne ambition ligger også et udtalt ønske om at bidrage til en løsning på fremtidens problemer. Både når det handler om manglen på energi og om at dæmme op for drivhuseffekten.