Skapar förutsättningar för framtidens storskaliga vätgasanvändning

Vätgas har identifierats som en nyckelkomponent i samhällets gröna omställning. Samtidigt återstår ett antal hinder för en storskalig implementering i samhället. Forskningscentrumet PUSH identifierar lösningar på vetenskapliga och tekniska hinder för en utbredd produktion och användning av vätgas i hållbara energisystem. PUSH är en kraftsamling där fyra universitet och ett forskningsinstitut banar väg för framtidens vätgasapplikationer.

Vätgasen kommer att få en nyckelroll som energibärare då den kan lagra överskott av elenergi från förnybar produktion. Vätgas kan användas som transportbränsle, för att alstra elenergi vid bristsituationer eller för att ersätta industrins fossila råvaror. PUSH (Production Usage and Storage of Hydrogen) är ett multidisciplinärt forskningscentrum som finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning inom ramen för programmet Agenda 2030 Research Centres, som syftar till att identifiera lösningar på några av FN:s Agenda 2030-mål.
PUSH utgör en plattform för utvecklingen av framtidens storskaliga vätgasproduktion och användning, och stärker dessutom Sveriges position med fokus på vätgasforskning med en kombination av grundforskning och mer tillämpningsnära forskning med kompletterande kompetens från flera lärosäten från molekylär- till systemnivå.

Vätgaslagring i vätskeform
– Det mest effektiva sättet att generera elenergi från vätgas är via en bränslecell. Inom ramen för PUSH undersöker vi hur polymera bränsleceller kan anpassas för något högre driftstemperatur vilket skulle minska behovet av kylning, säger Rakel Wreland Lindström, professor i kemiteknik vid KTH.
– Bränsleceller fyller en särskilt viktig funktion i tyngre fordon som lastbilar och fartyg. De material som utvecklas i dagsläget är dock inte kompatibla med högre temperaturer. En viktig del av PUSH är därför att utveckla nya och mer värmetåliga material, säger Rakel Wreland Lindström.
Forskarna undersöker även hur vätgasen på ett praktiskt genomförbart och hållbart sätt kan lagras och transporteras i vätskeform genom att binda den till större organiska kemiska föreningar. Detta kan vara ett bra alternativ till trycksatt vätgas om reaktionen med vätskan inte innebär för stora förluster.

Utbildar framtidens vätgaskompetens
En mycket viktig del av projektet är att utbilda morgondagens kompetens inom vätgas och därigenom sprida eftertraktad kompetens till olika sektorer, inte minst industrin, som är i stort behov av vätgaskompetens. PUSH engagerar därför ett stort antal doktorer vars kompetens kommer samhället till gagn, och KTH har även initierat en vätgaskurs på masternivå och för livslångt lärande. Forskningen bedrivs dessutom i nära samverkan med företag som Powercell, Alleima, Scania, Volvo och Permascand.
Merparten av den vätgas som idag används i stor skala har ett fossilt ursprung. Ett hållbarare sätt är att producera vätgas med förnybar el genom elektrolys i en så kallad elektrolysör där vatten sönderdelas till vätgas och syrgas. Det finns redan olika typer av elektrolysörer i industriell skala, men de har antingen låg verkningsgrad eller är kostsamma.
– Vi strävar efter att utveckla elektrolysörer som bygger på alkaliska jonledande membran som gör det möjligt att både undvika dyra och sällsynta grundämnen och dessutom möjliggör en sänkt energiförbrukning och lägre kostnad, säger Matteo Rossini, PUSH-doktorand knuten till avdelningen för Tillämpad Elektrokemi vid KTH.

Membranelektrolysör med rent vatten
Hans huvudsakliga forskningsområde är tillverkning och karaktärisering av de elektrokemiska cellerna som består av en sandwich av elektrod-membran-elektrod för membranvattenelektrolys med anjonledande membran. Matteo Rossinis mål i PUSH-projektet är att driva elektrolysören vid låg KOH-koncentration, helst med rent vatten.
– Vattenelektrolysören med anjonledande membran (AEMWE, anion exchange membrane water electrolyser), är en relativt ny teknologi som kombinerar fördelen med vattenelektrolys med protonledande membran och klassisk alkalisk elektrolys. Min forskning fokuserar på elektroddesign och analys av spänningsförluster för AEMWE. Jag tillverkar katod- och anodelektroder med hjälp av platina-grupp-metallfria katalysatorer och testar dem i en flödescell. Vi har även startat ett företag som en spin-off från forskningen, säger Burak Koyutürk, PUSH-postdoc vid avdelningen för Tillämpad Elektrokemi vid KTH.