Ny jern-katalysator kan blive en game-changer for brintbrændselsceller

I dag kører millioner af lastbiler, busser og tog rundt i verden. Kun få af dem kører på brint.

For i årtier har forskere ledt efter en katalysator, der dramatisk reducerer omkostningerne ved at fremstille brintbrændselsceller.

Sådan et fremskridt kan føre til en revolution af grøn strøm – alt fra bærbare computere til lokomotiver, der kører på et brændstof, hvis eneste biprodukt er vand.

Ny forskning, der er ledet af forskere ved amerikanske University at Buffalo, tyder på, at forskere bevæger sig tættere på dette mål.

I et studie publiceret i Nature Energy beskriver forskere, hvordan jern kan kombineres med nitrogen og kulstof for at producere en katalysator, der er effektiv, holdbar og billig.

»Det her har været år undervejs,« siger studiets hovedforfatter, Gang Wu, professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab i en pressemeddelelse, og tilføjer:

»Vi mener, at det her er et væsentligt gennembrud, som i sidste ende vil hjælpe med at frigøre brintbrændselscellernes enorme potentiale.«

Dansk forsker: Et »godt og grundigt« studie

Jan Rossmeisl, professor og centerleder for Center for High Entropy Alloy Catalysis på Kemisk Institut ved Københavns Universitet, er enig.

»Det ser ud til at være et godt og grundigt arbejde,« siger han, efter han har set på studiet for Videnskab.dk.

»Katalysatoren er velkendt, mange har kigget på den, men ingen har lavet den så stabilt, at den kan holde til at være i syre. Så opdagelsen kan blive et alternativ til platin for dem, der vil lave brændselsceller. Det er et lille skridt til måske at finde et alternativ til platin, for der findes ikke et alternativ i øjeblikket.«

Brændselsceller kræver dyre katalysatorer

Brændselsceller fungerer som batterier, men de løber ikke tør for strøm eller skal genoplades. De producerer elektricitet og varme, så længe der tilføres brændstof – såsom brint.

De har længe pirret forskere og miljøforkæmpere, fordi brændselscellerne har lavere eller slet ingen emissioner sammenlignet med forbrændingsmotorer, der bliver drevet på olie eller gas.

Og brændselscellerne kan bruges i en bred vifte af applikationer og levere strøm til køretøjer, kraftværker, bygninger og andre systemer.

Men brændselsceller er ikke kommercialiseret i stor udstrækning, fordi de blandt andet kræver dyre katalysatorer, som fremskynder vigtige brændselscellereaktioner.

Brændselsceller har brug for et alternativ til platin

De bedste katalysatorer har været platingruppemetaller. Selvom disse metaller er effektive og holdbare, er de utroligt dyre, fordi de er ekstremt sjældne.

Derfor leder forskerne efter billigere alternativer.

»Brintbrændselsceller er begrænsede, for man skal bruge meget platin,« siger Jan Rossmeisl og tilføjer:

»Det betyder, at det kan være dyrt. Kigger man på nye biler, der kører med brændselsceller, bruger de omkring 25-50 gram platin.«

Det betyder noget, hvis man sammenligner med, hvor meget der bliver lavet hvert år. Der bliver udvundet cirka 200 tons platin årligt i minerne. Ganger man det op, bliver 50 gram platin til fire millioner biler om året.

»Og det er kun, hvis man bruger alt platin fra minerne. Så der er en naturlig begrænsning. Det er langtfra nok,« siger Jan Rossmeisl.

Det er derfor, forskerne prøver at finde et alternativ til platin.

Jern-katalysatorer kan gøre brintbrændselsceller overkommelige

Et sådant alternativ har været jernbaserede katalysatorer. Jern er tiltalende, fordi der er rigeligt af det, og det er billigt.

Men jern klarer sig ikke så godt som platin, især fordi jern mangler holdbarheden til at modstå de stærkt ætsende og oxidative miljøer inde i brændselsceller.

For at overvinde denne barriere har forskerne bundet fire nitrogen-atomer til jernet, og det er der kommet en stærkt forbedret katalysator ud af, argumenterer forskerne:

• Katalysatoren er den mest effektive jernbaserede katalysator, der er produceret til dato
• Katalysatoren har opnået en holdbarhedsvurdering, der nærmer sig platingruppekatalysatorer

Det tyder altså på, at potentialet potentielt er stort til at gøre brændselsceller – især brintbrændselsceller – meget mere overkommelige til kommercielt brug.

Derfor fortsætter forskerne med at undersøge, hvordan de kan forbedre katalysatoren yderligere.

Ikke konkurrent til elbiler

Vi skal dog ikke regne med, at katalysatoren bliver brugt til personbiler og dermed bliver en konkurrent til elbiler.

»Der kan være andre markeder end persontransport. Vores biler skal være elbiler, det er der ingen tvivl om. Det har udviklingen vist de seneste 10-15 år,« siger Jan Rossmeisl og tilføjer:

»Skal man have brændselscellebiler til at køre længere, laver man tanken større, og det koster ikke ret meget. Men skal du have en elbil til at køre længere, skal du gøre batterierne større. Hvorimod når du skal transportere store ting eller har noget, der kører hele tiden, er det økonomisk rentabelt at have brændselsceller fremfor batterier.«

Det gælder altså eksempelvis for lastbiler eller flyvemaskiner.

Alt i alt er Jan Rossmeisl positivt indstillet overfor den nye udvikling:

»Det er et fundamentalt studie, for det er vigtigt, at man har fundet ud af en måde, man kan få en katalysator, der virker næsten så godt som platin, men uden at bruge platin, og som holder nogenlunde.«