En af de allerstørste udfordringer i det 21. århundrede er at sikre verden stabil, billig og ren energi i rigelige mængder.
I 2050 forventer eksperter, at det samlede globale energiforbrug vil være 2-3 gange større end i dag. Hvis vi skal kunne opfylde de krav, herunder at erstatte fossile brændstoffer med vedvarende energikilder som sol og vind, er det imidlertid nødvendigt at udvikle helt nye teknologier til at omdanne og gemme den grønne energi, så den er til rådighed - også når det er overskyet eller vindstille.
Takket være en meget stor bevilling på 120 mio. kr. fra Videnskabsministeriet kan forskere fra otte forskellige institutter på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) nu i fællesskab yde deres bidrag til løsningen på fremtidens energibehov.
»Vi har ikke før oplevet, at der er blevet givet så store enkeltbevillinger til dansk forskning. Det viser, hvor stor en miljøudfordring vi står overfor,« siger professor Jens Kehlet Nørskov, der er en internationalt anerkendt forsker inden for området og leder af det nye initiativ - Catalysis for Sustainable Energy (CASE).
Vedvarende energikilder er ustabile
To problemer gør sig gældende i forbindelse med vedvarende energikilder som vind og sol er. Dels kan vi kun udnytte dem, når de er der, dvs. når det blæser, og solen skinner, og dels går meget af energien tabt, når den omdannes til elektricitet eller brændstof. Det giver en ustabil og utilstrækkelig energiforsyning.
En af de vigtigste årsager til disse problemer er manglen på katalysatorer. Katalysatorer er materialer, der fremmer kemiske processer f.eks. omdannelsen af en type energi til en anden, så disse forløber med en rimelig hastighed og uden alt for stort energiforbrug. Desværre mangler vi de katalysatorer, der kan omdanne sol- og vindenergi direkte til elektricitet og brændstof.
»Lige nu ved vi ikke, hvad der bliver den eller de bedste alternativer til olie og kul, så vi er nødt til at undersøge alle mulighederne. Men en ting ligger fast: Hvis vi ønsker et samfund baseret på bæredygtig energi, er vi nødt til at kunne gemme energien, og det kræver udvikling af nye katalysatorer,« forklarer Jens Kehlet Nørskov og fortsætter:
»Med de rigtige katalysatorer kan vi omdanne energien til kemisk form, dvs. brændstoffer som hydrogen eller metanol, som vi kan bruge i de perioder, hvor vi ikke har adgang til sol eller vind. Kemisk energi kan vi desuden flytte rundt på og derfor bruge i biler, lastbiler, fly og skibe.«
Store energitab
Hvis vi ønsker et samfund baseret på bæredygtig energi, er vi nødt til at kunne gemme energien, og det kræver udvikling af nye katalysatorer.
Jens Kehlet Nørskov
»I CASE vil vi arbejde på at designe nye katalysatorer, der kan omdanne solenergi enten direkte via elektricitet fra solceller, vindmøller og bølgeanlæg eller via biomasse til brændstoffer til transportsektoren og til energilagring. Vi forsker i, hvordan den kemiske omdannelse bliver mest effektiv, dvs. uden at vi mister for meget af energien undervejs,» fortæller Jens Kehlet Nørskov og uddyber:
»Der findes stakkevis af katalysatorer i dag, men ikke ret mange til lige netop dette formål, og de, der eksisterer, er dyre og ikke særligt effektive. Hvis vi f.eks. omdanner overskydende elektricitet fra vindmøller til hydrogen, mister vi 30 procent af energien. Når der senere er brug for energien, og den gemte hydrogen omsættes tilbage til elektricitet i en brændselscelle, sker der yderligere tab, og vi ender nede på blot 30 procent af den oprindelige energi, som kan sendes ud til forbrugerne. Resten går tabt undervejs som varme.« CASE er inddelt i seks delprojekter, og et af dem - Fotokatalyseprojektet - har allerede frembragt lovende resultater. Det er lykkedes nogle af de unge forskere i projektet at udvikle en ny type katalysator, der kan bruges til at katalysere dannelsen af hydrogen fra vand og sollys.
»Den bedste katalysator til fremstillingen af hydrogen er platin, men platin er hunde-dyrt, og der findes ikke ret meget af det på jorden. Vores håb er, at den nye katalysator, som er fremstillet af meget billigere materialer end platin, kan blive så effektiv, at den kan bruges til billigt og effektiv fremstilling af hydrogen direkte fra sollys,« forklarer Billie Abrams, som er postdoc ved DTU Fysik og en del af CASE-initiativet.
Den ideelle katalysator
»Vi vil gerne lave billigere og langt mere effektive katalysatorer, der mindsker energitabene, og det er præcis det, der er udfordringen: At finde materialer med lige netop de rette katalytiske egenskaber, og som er billige, effektive og nemme at fremstille, og som forhindrer store energitab,« siger Jens Kehlet Nørskov.
Lavet i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet
