Kan brændselsceller og elektrolyse løse fremtidens energiudfordringer?
Vind- og solkraft kan ikke stå alene i den grønne omstilling. Vi skal også have noget, der virker, når solen ikke skinner, og vinden ikke blæser.
brændselsceller_celler_vindenergi_energimangel_alternativenergi_energikilder_energi_grønenergi

Så simpelt kan elektrolyse se ud. Elektrolyse kan indgå i den grønne omstilling som et led i en 'Power-to-X' proces. (Foto: Shutterstock)

Så simpelt kan elektrolyse se ud. Elektrolyse kan indgå i den grønne omstilling som et led i en 'Power-to-X' proces. (Foto: Shutterstock)

Forestil dig en blæsende forårsdag. Solen skinner, og vingerne snurrer rundt på vindmøllerne og producerer strøm. Men dagen efter er der måske helt vindstille. Vingerne snurrer ikke længere, og der kommer ingen strøm ud af dem.

Danmark er – som så mange andre lande verdenen over – i fuld gang med den grønne omstilling. Målet er at nedbringe fossile brændstoffer i energiforsyningen ved at bruge vedvarende energikilder i stedet for.

Her står vind og sol står højt på listen.

Men hvad gør vi, hvis vinden ikke blæser, solen ikke skinner – eller hvis det blæser mere, end vi har brug for?

Det kræver, at vi kan producere strøm fra andre kilder, og at vi kan lagre strøm til senere brug. Særligt, når der er tale om store energiforbrugere over længere tidsperioder.

Brændselsceller og elektrolyse er to teknologier, som netop kan det.

Book et gratis foredrag om brændselsceller og elektrolyse

Artiklens forfatter, Anke Hagen, er med i 'Bestil en Forsker'-ordningen – en del af Forskningens Døgn – hvor forskere holder gratis foredrag mellem 22.-29. april.

Anke Hagen stiller op med foredraget 'Kan brændselsceller og elektrolyse løse fremtidens energiudfordringer?. Foredraget er fuldt booket, men du kan se de mange andre forskerforedrag her

Hvad er brændselsceller og elektrolyse?

En brændselscelle er en slags omformer, der konverterer kemisk energi i et brændstof – for eksempel brint – direkte til elektrisk energi og varme.

Det gør den via en elektrokemisk reaktion inde i cellen.

En af fordelene ved brændselsceller er, at der kun er et konverteringstrin, i modsætning til konventionelle forbrændingskraftværker, hvor der sker mange konverteringstrin:

Brændstof forbrændes, vand fordampes, vand komprimeres, vand drives gennem en turbine, og den roterende turbine genererer strøm.

Hvert konverteringstrin er forbundet med energitab. Med andre ord giver den samme mængde brændstof mere strøm via en brændselscelle end via et forbrændingskraftværk. Brændselsceller har derfor det, man kalder en højere elektrisk virkningsgrad.

Når der bruges brint som brændstof, er vand det eneste biprodukt. Det vil sige, at der ikke er andre emissioner.

brændselsceller_celler_vindenergi_energimangel_alternativenergi_energikilder_energi_grønenergi

Sammenhængen mellem elektrolyse og brændselscelle. (Figur: Anke Hagen) 

I elektrolysen sker den omvendte proces. Man leder strøm til cellen, hvorved vand bliver spaltet til brint og ilt. Brint kan gemmes til senere brug, bruges som brændstof i køretøjer eller omdannes til andre produkter.

Disse muligheder sammen med den overordnede kemiske reaktion i begge 'retninger' er vist i illustrationen.

Arbejder på nanometerniveau

I virkeligheden er processerne meget mere komplekse. Der indgår stoftransport, vekselvirkninger, katalytiske og elektrokemiske reaktioner, som kræver en nøje afstemning af materialer og strukturer på nano- og mikrometerskala. Det vil sige i en størrelsesorden af cirka et menneskehår og mindre.

Mens brændselsceller og elektrolyseceller fungerer omvendt af hinanden, er de i høj grad opbygget på samme måde.

Cellerne består hovedsagelig af tre lag: to elektroder – en anode og en katode – og en elektrolyt imellem dem. Det er elektrolyttens kemiske sammensætning, der bestemmer celletypen og dens anvendelse.

Nogle celletyper fungerer ved omkring 80 grader, andre ved høje temperaturer. Typiske anvendelsesområder er den mobile sektor, for eksempel biler eller skibe og stationære formål, såsom kraftværker De fleste typer kører kun i en retning, enten elektrolyse eller brændselscelle.

Der er dog en type celler, keramiske eller højtemperaturceller, som rent faktisk kan køre som skitseret i figuren ovenfor. Det vil sige, at de kan fungere både som elektrolysecelle og som brændselscelle.

Sådan en reversibel – altså vendbar – drift ligner lidt et batteri. Det vil sige, at den kan oplade i perioder med meget vindstrøm og bruge strøm i perioder af manglende produktion.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.

Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.

Energimængden er en fordel

Hvad er så fordelen med disse celler? Vi har tidligere i artiklen beskrevet, hvordan brændselsceller har en højere elektrisk virkningsgrad – altså, at man med den samme mængde brændstof kan få mere strøm ud af en brændselscelle end via et forbrændingskraftværk.

En anden fordel er energimængden.

Et batteris energimængde ligger i selve batterimaterialet. Det betyder for eksempel, at hvis et batteri skal køre dobbelt så længe, så må man fordoble batteriets størrelse.

Når batteriet er løbet tør for strøm, skal det genoplades eller skiftes.

For elektrolyse- og brændselsceller ligger energimængden i de tilførte stoffer. Det vil sige, at man kun behøver tanke mere hydrogen eller bygge en større tank.

En brændselscelle kører, så længe der tilføjes brændstof. En elektrolysecelle bliver ved at spalte vand, så længe der tilføres strøm og vand. Det giver mulighed for at lagre strøm fra vind, eller at levere strøm til store enheder over længere tidsrum.

Hvor finder vi brændselsceller og elektrolyse?

Der findes allerede kommercielle brændselsceller, som bliver brugt til netop det og leverer strøm og varme til enkelte huse, supermarkeder, hospitaler og så videre.

Systemer med den omvendte proces, elektrolyse, vinder mere og mere opmærksomhed i disse dage.

Red Verden: Stort tema i gang


I en stor serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Du kan debattere løsninger med over 6.500 andre danskere i Facebook-gruppen Red Verden.

Vindenergien skal kunne udnyttes i sin helhed, også når vinden blæser i høj fart. Det kan man gøre ved hjælp af elektrolyse, hvor man gemmer strøm i form af kemisk energi, som for eksempel et brændstof. Dette kan man så bruge på et senere tidspunkt til strømproduktion (for eksempel via brændselsceller) eller til at drive tunge køretøjer, for eksempel i form af grønt brændstof.

Især i skibsfarten med de store fragtskibe og inden for luftfart kan det være brint eller afledte brændstoffer. Processen hedder også 'Power-to-X' som du måske allerede har hørt om i medierne.

Vi forsker på højtryk for forbedrede celler

Som beskrevet ovenfor ligger succesen for cellerne i det rette sammenspil mellem materialer og strukturer.

Det har forskerne knoklet med verdenen over, og de er lykkedes med at drive forskning og udvikling hen imod kommercielle produkter.

På DTU Energi har mine kolleger og jeg også knoklet på tværs af faggrænser og uddannelser i et motiveret team af teknikere, laboranter, studerende, ingeniører og forskere. Resultatet er blandt andet denne brændsels-elektrolysecelle, som vi har udviklet.

brændselsceller_celler_vindenergi_energimangel_alternativenergi_energikilder_energi_grønenergi

Brændsels-elektrolysecellen, som Anke Hagen og hendes kolleger har udviklet på DTU Energi. (Figur: Anke Hagen)

Figuren herover viser cellen, som typisk har en kantlængde på 10-12 cm. For at kunne se de enkelte lag, altså elektroderne og elektrolytter, er det nødvendigt at anvende et elektronmikroskop. Mikroskopbilledet viser, at disse lag er mindre end 100 µm tyk. Det svarer til 0.1 mm.

Kunsten er at skræddersy strukturer og partikler på denne størrelsesorden.

Hvor kommer strømmen fra lige nu?

Er du nysgerrig på, hvor din strøm kommer fra lige her og nu, fra vindmøller eller fra kraftværker, kan du se de aktuelle tal på Energinets hjemmeside.

Løsninger for alle udfordringerne med at fremstille forbedrede celler kan dog kun tilvejebringes i et endnu større samarbejde, via nationale og internationale projekter.

Et af de seneste projekter forener kræfterne fra 16 stærke partnere, deriblandt fem teknologivirksomheder, med DTU i spidsen som koordinator og med støtte fra EU.

Målet for projektet, som forkortet hedder NewSOC, er at levere næste generations højtemperaturceller. Celler, der er mere effektive, er mere holdbare og ikke mindst billigere end de celler, der er tilgængelige i dag.  

Hvis vi vender tilbage til det indledende spørgsmål: 'Kan brændselsceller og elektrolyse løse fremtidens energiudfordringer?', må svaret derfor være:

Ja, de kan være med til at løse vores udfordringer, sammen med flere andre innovative teknologier som batterier og katalyse.

Det kræver stadig stor indsats på alle fronter, fra forskning til udvikling og implementering i samfundet, og giver den kommende generation interessante muligheder for at udfolde sig.

Hvis du har lyst til at dykke dybere ned i teknologien bag brændsels- og elektrolyseceller, kan du læse mere her.

Bestil et gratis forskerfordrag 2022

Forskerzonen har bragt en del artikler skrevet af forskere, der til og med 30. marts kan bookes til et gratis onlineforedrag under Forskningens Døgn 22.-29. april.

Artiklerne er alle indenfor samme emne som foredragene.

Herunder linker vi til de foredrag, der kan bookes, samt forskernes relaterede artikler. For overblikkets skyld har vi delt dem op i kategorierne naturvidenskab, krop & sundhed samt kultur & samfund.

Husk: Alle kan bestille en forsker.

Naturvidenskab

Aage Kristian Olsen Alstrup med foredraget 'Obduktion af strandede hvaler giver ny viden om hvalers evolution' - læs artiklen 'Døde hvaler fortæller om smitsomme sygdomme og forandringer i klima'

Bertil F. Dorch med foredraget ’Mød mig på Cassiopeia: Tycho Brahes Supernova’ – læs artiklen ’Vil kæmpestjerne Betelgeuse forårsage dommedag?

Peter Laursen med foredraget ’Galakser – Universets byggesten’ – læs artiklerne ’Big Bang – en øjenvidneberetning’ og ’Hvad er en galakse’ samt se videoen ’5 ting, du skal vide om galakser’.

Kasper M. Paasch med foredraget 'Solcellesystemer og teknologi' – læs artiklen 'Derfor skal solceller ud af skyggen'

Magnus Kjærgaard med foredraget ’Hukommelsens molekyler’ – læs artiklen ’Det sker i hjernen, når vi skaber minder’

Tue Hassenkam ’Livets oprindelse - fra et nanometer perspektiv’ – hør podcasten ’På jagt efter livets byggeklodser i stjernestøv

Carol Anne Oxborrow med foredraget 'ASIM: På jagt efter universale mysterier fra Den Internationale Rumstation' - læs artiklen 'Gå i Andreas Mogensens fodspor på jagt efter mystiske kæmpelyn'

Erik Skovbjerg Rasmussen med foredraget 'Da Nildeltaet lå på tværs af Jylland' - læs artiklen' - læs artiklen 'Vilde floder og et jysk Nildelta: Tag med på rejse til fortidens Danmark'

Jes Henningsen med foredraget 'Hvor lang tid varer et sekund?' - læs artiklen 'Tiden går – eller gør den?'

Laura Stidsholt med foredraget 'Ny teknologi afslører flagermusens dødbringende jagt i mørket' - læs artiklen 'Flagermus er effektive dræbere, fordi de jager med tunnelsyn'

Kurt Buchmann med foredraget 'Parasitter i fisk - er de farlige?' - læs artiklen 'Bør vi være bange for parasitter i fisk?'

Nanna Hartmann med foredraget 'Life in plastic, not so fantastic? (Dansk)' - læs artiklen 'Forsker: Fokus på enkelte fund af mikroplastik overskygger et meget større problem' og 'Life in plastic, not so fantastic? (Dansk)'

Luca Maurizi med foredraget 'Microplastics in our daily life' - læs artiklen 'Forsker: Den næste pandemi bliver – måske – forårsaget af plastik'

Krop og Sundhed

Helle Gerbild med foredraget 'Fysisk aktivitet kan forebygge og afhjælpe rejsningsproblemer' - læs artiklen 'Rejsningsproblemer? Motion kan være løsningen'

Sebastian Bao Dinh Bui med foredraget 'Den flyvetur gav mig hovedpine! Bliv klogere på flyrelateret hovedpine' – læs artiklen 'Flyrelateret hovedpine: Får du også smerter i hovedet, når du flyver?'

Morten Arendt Vils Rasmussen med foredraget ’Sådan kan kemometri bruges til at spotte brystkræft’ – læs artiklen ’Kemometri kan hjælpe med at spotte brystkræft, falsk olivenolie og allergikere

Mikael Palner med foredraget 'Can Magic Mushrooms cure disease?' – læs artiklen 'Psykedelisk terapi uden den psykedeliske oplevelse? Forsker forklarer videnskaben bag syretrips'

Suresh Rattan med foredraget ’Age and ageing’ – læs artiklen ‘Den optimale levealder er 45 år

Hanne Irene Jensen med foredraget ’Hvornår skal man stoppe livsforlængende behandling? – læs artiklen ’Hvornår skal vi sige ja til døden og nej tak til behandling?

Thorkild I.A. Sørensen med foredraget 'Myter på afveje om fedme' – læs artiklen 'Myte på afveje: Hvad kommer fedme af?'

Jens Høiriis Nielsen med foredraget 'Fedme og diabetes: Blot et spørgsmål om livsstil?' - læs artiklerne 'Du bliver, hvad din mor og far har spist' og 'Hvordan bekæmper vi bedst type 2-diabetes?

Jens Lykkesfeldt med foredraget 'C-vitamins betydning for sundhed og sygdom' - læs artiklen 'Holder C-vitamin dine blodkar sunde?'

Peter Krustrup med foredraget 'Fodbold som medicin/Football as medicine' - læs artiklen 'Fodbold er medicin: Det er tid til at lade patienterne spille med'

Kenneth Klingenberg Barfod med foredraget 'Hvad betyder tarmbakterier for vægttab og spiseforstyrrelser som anoreksi?' - læs artiklen 'Slim-elskende bakterier fra frisk lort kan måske hjælpe anoreksi-patienter

Hanne Tange med foredraget 'Interkulturelle kompetencer: Hvorfor, hvad og hvordan?' - læs artiklerne 'Hvor vigtige er internationale studerende for dansk forskning?' og 'Betyder mere engelsk på universiteterne en favorisering af amerikansk forskning?'

Mark Schram Christensen med foredraget 'Bevidsthed, hjernen og bevægelse' - læs artiklen 'Er bevidstheden om ens bevægelser nødvendig for at udføre dem?'

Anette Schnieber med foredraget 'Cravings: Jeg kan ikke lade være...' - læs artiklen 'Psykologiske strategier kan reducere dine cravings'

Kultur & Samfund

Thomas Søbirk Petersen med foredraget ’Debatten der aldrig vil dø - et forsvar for aktiv dødshjælp’ – læs artiklerne ’Forsker: Derfor bør aktiv dødshjælp være lovligt i Danmark’ og 'Derfor er aktiv dødshjælp ikke en glidebane'

Carsten Humlebæk med foredraget ’Er det bare Catalonien, der er gået i selvsving eller er det hele Spanien?’ – læs artiklen ’Er en løsning i sigte i Catalonien?

Peter G. Harboe med foredraget ’Hvad gør man, hvis man har for mange projekter?’ – Læs artiklen ’Sådan undgår du, at læring fra projekter går tabt

Martin Klatt med foredraget 'Grænser under pres. Hvad sker der med det grænseløse Europa?' – Læs artiklen 'Grænser er kommet på mode igen'

Karl Christian Lammers med foredraget 'Tyskland efter murens fald' - læs artiklen '5 ting, du skal vide om murens fald'

Jørgen Mikkelsen med foredraget 'Rejsen til Tranquebar: Danmarks handel med Kina og Indien i 1700-tallet' - læs artiklen 'Selvmord og skibskapring: Tag med Asiatisk Kompagni på en dramatisk rejse til Indien i 1700-tallet'

Henriette Lyngstrøm med foredraget 'Vikingetid i Danmark - arkæologisk set' - læs artiklerne 'Vikingerne pyntede deres bygninger med overraskende farvevalg' og 'Arkæolog: Vikingetiden burde hedde stålalderen'

Louise Klinge med foredraget 'En god skole for alle børn og unge' - læs artiklerne 'Forsker: Sådan kan skolen engagere alle elever' og 'Latter på skolen holder eleverne i stolen'

Ole B. Jensen med foredragene 'Dark Design – når byen afviser mennesker gennem design' og 'Det Epidemiske Samfund - hvad COVID-19 gør ved os' - læs artiklerne 'Dark design' – når byen indrettes til at afvise mennesker' og 'COVID-19 har været ét stort socialt eksperiment: Dette har vi lært om os selv'

Ulla Koch med foredraget 'Astrologi og astronomi i Oldtidens Babylon' - læs artiklen 'Vores hjerners evne til mønstergenkendelse gør os modtagelige for overtro og varsler'

Jesper Boldsen med foredragene 'Dit efternavn fortæller en historie' og 'Skeletterne beretter: Danmarks befolkning gennem 1000 år' - læs artiklen 'Forskerens Favorit: Et spedalsk skelet åbnede middelalderforskningens øjne'

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om de utrolige billeder af Jupiter her.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk