Hjælper grøn brint ud af laboratoriet

Der er mange trin mellem et laboratoriegennembrud og anvendelse i den virkelige verden. Og grøn brint har måske lige taget de første skridt.

Grøn brint har meget at gøre. Det er et rent brændstof, der ikke kun kan reducere drivhusgasemissionerne, men også skabe en lukrativ ny eksportindustri. Det har dog nogle væsentlige udfordringer, som skal løses, før det kan nå sit fulde potentiale.

At lægge en prop i den

En stor udfordring for grøn brint er opbevaring. Hvis brint skulle opbevares og transporteres på samme måde som naturgas, skulle det køles ned og gøres flydende. Men mens naturgas bliver flydende ved -161°C, bliver brintgas flydende ved -253°C. At køle noget ned til den temperatur kræver meget energi.

"Generelt er brintlagring ikke godt forstået, ikke skaleret og potentielt en meget dyr del af kæden," siger Alison Reeve, vicedirektør for energi- og klimaændringsprogrammet ved Grattan Institute.

Ny forskning fra Deakin University kan dog have fundet en smart løsning med "kuglefræsning."

Kuglefræsning bruger mekanisk energi til at drive kemiske reaktioner. Processen går nogenlunde sådan her:

1. Find/byg en tumbler, der kan rotere.
2. Fyld tumbleren med et dusin kugler af rustfrit stål, den gas, du ønsker at opbevare, og et harmløst kemikalie kaldet bornitrid.
3. Begynd at dreje tumbleren, så de rustfri stålkugler begynder at bevæge sig rundt og fremkalder en kemisk reaktion.

Og voilà! Du har, hvad der er kendt som en "mekanomisk reaktion."

Reaktionen får gasserne til at adsorbere til overfladen af ​​bornitrid gennem kemiske bindinger. Kort sagt kan kuglefræsning potentielt opbevare brintgas i en fast pulverform, hvilket fjerner behovet for at gøre den flydende.

"Dette var en tilfældig opdagelse. Da gassen blev bundet til pulveret, faldt trykket inde i tumbleren til nul. Vi tjekkede tumbleren for lækager, men fandt ingen," siger Dr. Srikanth Mateti, ledende forsker bag opdagelsen.

"Vi gentog processen 30 gange og fik de samme resultater."

Srikanth og hans kolleger offentliggjorde et forskningspapir om, hvordan denne teknik kan adskille kulbrintegasser (olefin- og paraffingas) ved selektivt at adsorbere kun én. Mest spændende er det, at kuglefræsning giver enorme energibesparelser.

Med den nuværende teknologi adskiller den petrokemiske industri kulbrintegasblandinger ved at bruge en energikrævende kryogen destillationsproces. Denne proces tegner sig for 15 % af det globale energiforbrug.

Processen er også mindre energikrævende end fortætning af brintgas. Dette kan potentielt løse et stort problem i den grønne brintforsyningskæde.

Mens Srikanths papir er fokuseret på at bruge kugleformaling til at adskille olefin- og paraffingas, arbejder han og hans team i øjeblikket på et papir til opbevaring af brintgas. Srikanths team har også intellektuel ejendomsret til teknologien til at lagre andre gasser med kuglefræsningsteknikken.

Hold dine heste

Ovenstående undersøgelse fra Deakin University er spændende ting for grøn energientusiaster. Desværre er kuglefræsning ikke sølvkuglen til at løse vores brændstofproblemer.

"Det kan tage lang tid for forskning at flytte fra laboratoriet til industriel skala," siger Alison.

"Det mest effektive solpanel, du kan købe i øjeblikket, har et effektivitetsniveau, som blev opnået i laboratoriet i 1985."

"Australien har den næststørste pipeline af annoncerede brintprojekter. Der er masser af 3D-gengivelser og websteder, men vi har praktisk talt intet installeret. Om noget, så er vi i midten bagerst i flokken med hensyn til produktion."

Av. Men vi behøver vel ikke vente til slutningen af ​​2050'erne for at se, om kuglefræsning vil fungere i industriel skala?

Ifølge Alison er det her, regeringen kan træde til.

Statsstøtte

"Regeringen er nødt til at fortsætte med at investere i tidlige R&D-demoer og kommercialisering for at blive ved med at trække ting ud af laboratoriet og gøre det mere tilgængeligt."

Tidlig forskning og udvikling er risikabelt, så de fleste investorer er tøvende, indtil tingene er bevist, hvilket gør det svært at få adgang til kapital.

Men statsstøtte kan tillade forskning at blive udviklet, indtil de indledende knæk er udjævnet.

Regeringer kan også hjælpe industrien ved at skabe "market pull-through". Når alt kommer til alt, kan du have verdens største brintlagringssystem, men det vil være nytteløst, hvis ingen køber brint.

Et godt eksempel på, at regeringen støtter markedsgennemtræk, er vedvarende energi.

"Den australske regering har ydet megen støtte til produktion af vedvarende energi, såsom solfarme eller vindmølleparker. Men samtidig har den føderale regering lovgivet energiforhandlere til at købe vedvarende energi."

"Det er denne efterspørgsel, der garanterer projekter i stor skala. Det er at kunne gå til en bank og sige "Jeg har fem kunder, der vil købe det til denne pris i 5 år."

Et endnu mere forudsigeligt eksempel på en pipeline med hurtig lab til markedsføring er vacciner mod COVID-19.

"Regeringer sagde til medicinalvirksomheder 'få denne vaccine ASAP, og jeg vil købe 5 millioner doser'."

Så selvom forskning som Srikanths er afgørende for en grøn brintindustri, kan det ikke ske i et vakuum. Det har brug for statsstøtte for at blomstre. + Udforsk yderligere

Gennembrud inden for gasseparation og -lagring kan fremskynde skiftet til grøn brint

Denne artikel dukkede først op på Particle, et videnskabsnyhedswebsted baseret på Scitech, Perth, Australien. Læs den originale artikel.