Ny metode til at danne CO2-neutrale brændstoffer

mandag 16 sep 19

Kontakt

Theis Løye Skafte
Postdoc
DTU Energi
93 51 19 84

Kontakt

Christopher R. Graves
Seniorforsker
DTU Energi
46 77 58 70

Om projektet

Projektet er støttet af Haldor Topsoe A/S, Innovationsfonden, Uddannelses- og Forskningsministeriet, Energinet.dk., US Department of Energy, SUNCAT Center og en National Science Foundation CAREER-award.

Læs pressemeddelelse fra Stanford University.

Læs artiklen hos Nature Energy.

Ny praktisk metode til omdannelse af kuldioxid til byggesten for bæredygtige, flydende brændstoffer kortlagt af forskerteam fra Stanford og DTU.

Et team af forskere fra Stanford og DTU har opdaget et praktisk udgangspunkt for at omdanne kuldioxid til bæredygtige flydende brændstof - herunder brændstof til tung transport, som f.eks. fly, skibe og godstog, som kan være vanskelige at elektrificere.  

Kulstofneutral genbrug af CO2 er blevet et alternativ til at gemme det i undergrunden. I en artikel i det anerkendte tidsskrift Nature Energy viser forskerne, hvordan man ved hjælp af elektricitet og en lettilgængelig katalysator kan omdanne CO2 til energirig kulmonoxid (CO) bedre end via konventionelle metoder. Katalysatoren – ceriumoxid – er derudover langt mere modstandsdygtig over for nedbrydning.

Det første skridt i at omdanne CO2 til flydende brændstof og produkter som f.eks. syntetisk gas og plast er at fjerne et ilt-atom fra CO2 og dermed lave CO. Ved at tilføje brint til CO kan man producere brændstoffer som syntetisk diesel eller flybrændstof. Forskerteamet forestiller sig, at man kan bruge vedvarende energi til at fremstille CO og så efterfølgende omdanne denne til kulstofneutrale produkter.

”Vi har vist, at vi kan bruge elektricitet til at reducere CO2 til CO med 100 procents selektivitet og uden at producere det uønskede biprodukt; fast kulstof,” siger William Chueh, som er professor på Materials Science and Engineering på Stanford University og en af seniorforfatterne bag artiklen.

Artiklens hovedforfatter, Theis Skafte, som er postdoc på DTU Energi, fortæller, at samarbejdet med Stanford var afgørende for de opsigtsvækkende resultater.

”Vi har arbejdet med højtemperatur-CO2-elektrolyse i årevis, men samarbejdet med Stanford var nøglen. Vi har opnået noget, som vi ikke ville kunne hver for sig – både i forhold til den grundlæggende forståelse og den praktiske demonstration af et mere robust materiale.”

Hindringer for omdannelse

En af fordelene ved bæredygtige flydende brændstoffer i forhold til elektrificering af transport, er, at de kan bruge den eksisterende benzin- og dieselinfrastruktur, såsom f.eks. motorer, rørledninger og tankstationer. Desuden vil de umiddelbare forhindringer for en fuldstændig elektrificering af fly- og skibstransporten – de lange afstande og batteriernes høje vægt – ikke udgøre problemer for energirige, kulstofneutrale brændstoffer.

Selvom planter af sig selv reducerer CO2 til kulstofrigt sukker, er det endnu ikke lykkedes i stor skala at kommercialisere en kunstig elektrokemisk måde at fremstille CO på. Virksomheden Haldor Topsoe A/S arbejder dog på processen og har mindre demonstrationsanlæg opstillet i USA. For at skalere metoden yderligere op er der flere problemer som skal løses: Enhederne bruger for meget elektricitet, omdanner kun en lav procentdel af CO2-molekylerne eller producerer rent kulstof, der ødelægger enheden.

Forskerne bag de nye resultater har først undersøgt, hvordan forskellige enheder er lykkedes eller mislykkedes med at udføre CO2-elektrolyse. Med en kombination af røntgen-spektroskopi på synkrotronen på Lawrence Berkeley National Laboratory og teoretiske computersimuleringer viser forskerne, at ceriumoxid binder kulstoffet i en oxideret form, før det kan gøre skade.

På basis heraf har forskerne konstrueret to celler til CO2-omdannelsestest: en med ceriumoxid og en med konventionelle nikkelbaserede katalysatorer. Cerium-elektroden forblev stabil, mens kulstofaflejringer beskadigede nikkel-elektroden og reducerede katalysatorens levetid markant.

”Det er en bemærkelsesværdig egenskab ved cerium, som har store konsekvenser for CO2-elektrolyseenhedernes levetid i praksis. Ved at udskifte den nuværende nikkel-elektrode med vores nye cerium-elektrode i den næste generation af elektrolyse-enheder kan vi forbedre levetiden,” fortæller Christoffer Graves fra DTU Energi, som er seniorforfatter på artiklen, og som sammen med Theis Skafte var gæsteforsker på Stanford, mens forsøgene stod på. 

Eliminering af tidlig celledød vil kunne sænke omkostningerne ved kommerciel CO-produktion markant. Derudover gør undertrykkelsen af kulstofophobningen det muligt for den nye type enhed at konvertere mere CO2 til CO – i de konventionelle elektrolyseceller ligger grænsen for CO2-koncentrationen et pænt stykke under 50 procent.

Forskerne håber, at deres arbejde med at afdække mekanismerne i CO2-elektrolyseenheder ved hjælp af spektroskopi og modellering kan hjælpe andre med at forfine ceriums og andre oxiders overfladeegenskaber og dermed forbedre CO2-elektrolysen yderligere.

Relaterede Videoer  

Vis flere