Der hersker en koncentreret stilhed i rummet med de mange store skabe af glas og stål. To forskere i hvide kitler er optaget af at aflæse resultater på en pc-skærm. I hver af de store rigs, som skabene hedder, står et mikroskop, der bruges til at karakterisere elektrolyseceller. Eller rettere sagt til at karakterisere en enkelt detalje i cellerne.
Elektrolyseceller kan omdanne elektricitet fra for eksempel sol- og vindenergi til brint ved hjælp af vand og indgår som et vigtigt element af power-to-x, der er en del af grundlaget for den grønne omstilling.
Dette laboratorium er et af i alt fem del-laboratorier, som DTU bruger til at forske i elektrolyseceller. En almindelig besøgende har svært ved at se det, men det er et af verdens mest avancerede laboratorier på området. Ikke kun på grund af mikroskoperne, men især på grund af den viden, der gennem årene er udviklet og gør det muligt at anvende laboratoriet til de nyeste og mest avancerede analyser.
De fem laboratorier dækker tilsammen hele værdikæden bag fremstilling af elektrolyseceller til anvendelsen af dem. Her undersøges både nye alternative materialer og produktionsmetoder, cellernes elektrokemiske egenskaber, holdbarhed og mekaniske egenskaber, der bl.a. inkluderer hvor stor belastning, man kan udsætte cellen for, før den går i stykker.
Fra brændsel til elektrolyse
En del af laboratoriets arbejde sker i tæt samarbejde med Topsoe. Dette samarbejde startede for mere end 20 år siden. Dengang var fokus ikke på anvendelsen til elektrolyse, men som brændselsceller. De er en slags omformere, der omdanner kemisk energi i et brændstof – for eksempel brint – direkte til strøm og varme. Visionen var dengang, at små anlæg af brændselsceller skulle være til stede i alle hjem og forsyne husholdningen med energi fra f.eks. naturgas.
Ideen slog dog aldrig an, da det blev for dyrt at producere husholdningsanlæggene. Og pludselig var energidagsordenen en anden, og fokus skiftede til at erstatte de fossile brændstoffer med mere klimavenlige alternativer. Funktionen blev derfor ’vendt om’ til at være en elektrolysecelle, hvor den omvendte proces sker, det vil sige der tilføjes grøn strøm til elektrolysecellen, som spalter vand til brint. Brint kan videreomdannes til grønne brændstoffer og kemikalier, som kan gemmes til senere brug. Det kan være til brændstof i fly og skibe eller andre produkter.
”Elektrolyseceller og den efterfølgende power-to-x produktion er helt afgørende for, at vi kan lykkes med den grønne omstilling. De elektrolyseceller, vi har udviklet sammen med Topsoe, bygger på SOEC-teknologien – Solid-Oxide Electrolysis Cell - er en af flere teknologiske muligheder for elektrolyse. SOEC- teknologien er den mest effektive, det vil sige den teknologi, der anvender mindst strøm til at fremstille brint,” siger professor Henrik Lund Frandsen, DTU.
Den mest effektive teknologi til elektrolyseceller
Elektrolysecellen anvender 25 % mindre strøm til omdannelsen af elektricitet til brint end de øvrige elektrolyseteknologier.
”Det betyder ikke kun noget for effektiviteten af brintproduktionen, men medfører også besparelse i alle andre led af kæden. Det vil sige, at der skal produceres 25% færre vindmøller eller solceller samt arealer til dem, kabler, transformerstationer osv. for at sikre power-to-x processen. Det er væsentlige besparelser, både økonomisk og på anvendte materialer. Disse besparelser har stor samfundsøkonomisk betydning for, hvornår og hvor nemt vi kan gennemføre den grønne omstilling,” siger Henrik Lund Frandsen.
Og brinten fra power-to-x er afgørende, hvis vi som samfund fremover skal kunne finde erstatninger for de fossile brændstoffer til bl.a. den tunge trafik. Den del af skibs- og flytrafikken, der betjener de lange ruter, og som derfor ikke kan kobles til strøm eller ville kræve alt for store batterier og derfor har behov for nye grønne brændstoffer, ligesom fremstilling af plastik, malinger, medicin og meget andet i dag også er afhængig af fossile brændstoffer. Her er brint en vigtig brik til at finde nye alternative løsninger.
Fortsat samarbejde om at optimere elektrolysecellerne
Topsoe er ved at bygge en fabrik i Herning, der skal producere elektrolyseceller, som Power-to-x anlæg kan anvende, når de skal omdanne strøm til brint. De første succesfulde testproduktioner er gennemført, og planen er at have fabrikken i fuld drift i løbet af 2025.
Samarbejdet mellem DTU og Topsoe er foregået over mange år og har omfattet mange forskellige felter.
”Vores samarbejde med DTU er ældre, bredere og mere langsigtet end de samarbejder, Topsoe har med andre universiteter. Samarbejdet har både omhandlet udvikling af først brændsels- og senere elektrolyseceller. Derudover har vi samarbejdet om udviklingen af celler i stakke, det vil sige stablen af celler ovenpå hinanden for at øge effekten,” fortæller Sune Dalgaard Ebbesen, Group Manager, Tech Scouting & Research Funding, PtX Topsoe.
Nu er fokus på at optimere elektrolysecellerne. Det handler bl.a. om modellering, design, afprøvning og udvikling af nye materialer, der gør elektrolysecellerne mere effektive. Derudover er målet at kunne forhindre den degradering af brændselselektroden, der i dag er en udfordring for teknologien.
”Sammen med DTU kan vi tænke lidt ud af boksen. Se hvad der er af muligheder, ligesom vi får tilført nogle kompetencer, vi ikke selv har. Vi har på det seneste opnået lovende resultater, som kan bidrage til en ny generation elektrolyseceller, der kan blive produceret på fabrikken i Herning om 7, måske 10 år. Det er i hvert fald DTU-forskernes bud. Inden da skal vi dog have gennemført grundige test af de nye elektrolysecellers potentiale, før vi sætter dem i produktion,” siger Sune Dalgaard Ebbesen.
Derudover har samarbejdet fokus på at få en større forståelse af elektrolyseceller.
”Der findes ingen lærebøger i den teknologi, der ligger bag de SOEC elektrolyseceller, som Topsoe har valgt at producere. Vi har igennem årene gennemført mange forsøg og konstateret, at cellerne virker, ligesom vi naturligvis kender den basale teori bag. Vi vil dog gerne have en større forståelse af detaljerne, hvorfor og hvordan de enkelte processer og materialer i elektrolysecellerne opfører sig.” siger Sune Dalgaard Ebbesen.
Henrik Lund Frandsen er enig og understreger, at det med en sådan grundlæggende viden også bliver lettere fremover at udvikle og optimere elektrolysecellerne. Og det er netop den karakterisering og tilhørende modellering af elektrolyseceller, forskerne arbejder med i verdensklasse-laboratoriet på DTU.
