Svenskarna som höjer verkningsgraden på elektrolysörer

2021-02-19 13:05  

Två nya tekniker för elektrolysörer håller på att ta form. Målet är att de ska ha hög prestanda och låg kostnad. I Sverige pågår arbete med båda teknikerna.

De elektrolysörtekniker som finns i industriell skala på marknaden i dag är alkalisk elektrolys (ALK) samt elektrolys med protonutbytesmembran (PEM). De bygger på välbeprövad teknik för att spjälka vatten i relativt låg temperatur.

Men två nya tekniker tar upp kampen med de gamla. Det är dels högtemperaturelektrolys (SOEC), där tanken är att restvärme från olika industriprocesser ska tas tillvara så att behovet av el till elektrolysören minskar. Dels finns det också en sorts kombination av alkalisk elektrolys och PEM. Den kallas elektrolys med anjonutbytesmembran (AEM).

I Sverige pågår arbete med att utveckla båda teknikerna. Inom det nybildade forskningscentrumet Push, som leds av KTH, står särskilt AEM-elektrolysörer i fokus.

Läs mer: Elektrolysörer blir nyckeln i LKAB:s omställning

Målet: Hög prestanda utan ädelmetaller

Medan PEM-tekniken bygger på att vätejoner, alltså i praktiken protoner, transporteras mellan elektroderna är det i AEM-tekniken hydroxidjoner som ska vandra genom membranet i elektrolyten.

– Det är mycket svårare, för hydroxidjoner är mycket större än protoner. Så det är svårt att tillverka membran som släpper igenom hydroxidjoner men ändå blockerar andra saker, säger Thomas Wågberg, professor i fysik vid Umeå universitet.

Tanken med den nya typen av AEM-elektrolysörer är att åstadkomma lika hög prestanda som i PEM men utan dyra ädelmetaller som katalysatorer.

Hittills tycker Thomas Wågberg att forskarna i Push-centrumet har kommit relativt långt. I varje fall när det gäller de enskilda komponenterna. Men än så länge har de inte satts ihop till en fungerande enhet. Det gäller att hitta det optimala pusslet där membran och katalysator passar ihop.

”Kan räcka att tillföra vattenånga med över 100 grader”

Dessutom behöver stabiliteten i katalysatorerna granskas vidare.

– Stabiliteten är ofta jättebra men inte alls så bra som man efterfrågar i industrin. Där vill man köra elektrolysörer i flera år utan att tappa mer än 10-20 procent av effektiviteten, säger Thomas Wågberg.

Den andra tekniken som ännu inte har kommit ut i stor skala på marknaden är högtemperaturelektrolys. Det är en metod som kräver 600–900 grader Celsius.

Tanken är att utnyttja spillvärme från industriella processer för att behöva mindre el till elektrolysören. Den tyska elektrolysörtillverkaren Sunfire har redan installerat sådana moduler i Salzgitter där restvärme från stålindustri används.

Restvärmen behöver dock inte hålla så hög temperatur som 600 grader, menar docent Jan Froitzheim på Chalmers.

– Det kan räcka att tillföra vattenånga med över 100 grader, sedan tillförs el så att processen håller 600 eller 800 grader. Cellen har viss resistans som gör att den värms upp automatiskt, säger han.

”Risk för allvarliga olyckor”

Tillsammans med Sandvik, Outokumpu och Sunfire har Jan Froitzheim just sökt forskningsanslag från Vinnova för att ta fram billigare material till högtemperaturelektrolysörer. Gruppen fokuserar på de stålplattor som används för att seriekoppla flera elektrolysceller med varandra, så att varje elektrolysör kan producera stora mängder vätgas. Plattorna måste vara elektriskt ledande men ändå motstå korrosion och specialtillverkas i dag i små volymer.

Målsättningen är att billigare stål ska kunna användas i stället, genom att det skyddas av en beläggning. Sandvik har redan utvecklat en sådan, av kobolt och cerium, som fungerar bra. I det kommande projektet är förhoppningen att den ska bli ännu bättre och kostnaden lägre.

Jan Froitzheim bedömer att högtemperaturelektrolys kan bli betydligt mer effektiv än dagens elektrolysörer. I praktiken tror han att tekniken kan producera vätgas med 15 procent mindre el – med hjälp av vattenånga från spillvärme.

Thomas Wågberg pekar dock på vissa risker med metoden.

– Vattenånga vid hög temperatur och högt tryck är bland det farligaste som finns. Det finns risk för allvarliga olyckor. Högtemperaturelektrolys kommer säkert bara att byggas i ganska storskaliga anläggningar, säger han.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt