Her splittes vann til hydrogen og oksygen bare ved hjelp av sollys

Verden er full av vann. Vann består av hydrogen og oksygen, og slik sett har vi en stor kilde til elektrisitet fra brenselceller som bruker hydrogen som drivstoff.

– I dag kommer bare rundt fire prosent av den årlige produksjonen av hydrogen fra fornybare ressurser. Det meste hydrogenet kommer fra fossile kilder, særlig fra naturgass, sier Athanasios Chatzitakis, forsker ved Senter for materialvitenskap og nanoteknologi ved UiO.

– Problemet er blant annet at hydrogen fra vann koster fire–fem ganger mer enn hydrogen fra fossile kilder.

Produksjon av hydrogengass ved å splitte vann kan kreve mye energi. Chatzitakis prøver å få dette til ved hjelp av elektrolyse. En metode som står for under en halv prosent av den totale hydrogenproduksjonen i dag.

Hydrogenboblene strømmer opp etter et par sekunder

Elektrolyse er kjemiske reaksjoner som foregår ved hjelp av elektrisk strøm. Strømmen skal Chatzitakis hente fra sollys og solceller. Denne energien skal få i gang de reaksjonene som splitter vannet – uten hjelp fra elektrisk strøm utenfra.

– Hvis vi får det til, er det helt fantastisk. Og i prinsippet er det fullt mulig, sier Chatzitakis til Titan.uio.no.

Han tar også sjansen på å bevise det. I solsteken på toppen av Forskningsparken setter han solcellen sin i et vannglass, og i løpet av sekunder strømmer det bobler opp på hver side. På den ene siden oksygen og på den andre siden hydrogen. Vann (H2O) har blitt til oksygengass (O2) og hydrogengass (H2).

– Det er en helt vanlig solcelle, men forsiden og baksiden er dekket med elektrokatalysatorer. Strømmen fra solcellen sørger for å sette i gang reaksjoner på begge sider, sier Chatzitakis.

I vannet har han hatt litt natriumhydroksid som sørger for at vannmolekylene beveger seg raskere og driver frem reaksjonene. På den ene siden reaksjoner som skaper hydrogengass, og på den andre siden reaksjoner som lager oksygengass.

– Kostnaden for elektrisitet med solceller kommer til å bli lavere og lavere. Det betyr at kostnaden av grønn hydrogen blir lavere også hvis vi får en økning i bidraget fra elektrolyse til den totale hydrogenproduksjon, sier Chatzitakis.

Kan bruke vannet på nytt

De siste årene har hydrogenbiler kommet helt i skyggen av bølgen av elbiler med stadig større rekkevidde. En eksplosjon på en fyllestasjon i Sandvika i 2019 førte til full stopp i etterspørselen, både for biler og andre hydrogenbaserte fremkomstmidler.

Det hindrer ikke forskere i å se etter nye og bedre teknologier. Klimamessig er nemlig hydrogen en drøm av et drivstoff. En brenselcelle utnytter den kjemiske reaksjonen mellom hydrogen og oksygen til å produsere elektrisitet, og det eneste «avfallsstoffet» er vanndamp.

Chatzitakis drømmer om en teknologi som kan gjenbruke dette vannet ved å hente ut hydrogenet på nytt.

– I en brenselcelle med hydrogen «brenner» hydrogenet til strøm og vann. Man får vann tilbake som man da kan bruke på nytt, sier han.

I for eksempel en bil vil du ha alt du trenger. Du har verken behov for å koble deg til et strømnett eller til en bensinpumpe. Men veien frem dit er fortsatt veldig lang.

Trenger mer forskning og dyktige ingeniører

Sammen med kollegaer fra Institutt for energiteknikk (IFE) har Chatzitakis vist at det er mulig å splitte vann bare ved hjelp av sollys med høy effektivitet. Nå kan de jobbe med nye varianter, blant annet av det tynne belegget på hver side av solcellen.

– Vi trenger mer forskning for å forstå hvordan disse materialene virker så vi kan forbedre dem.

I dag bruker de blant annet platina, men det blir mye billigere hvis de for eksempel kan bruke kobolt eller nikkel og jern.

– Og så trengs det selvfølgelig mye ingeniørarbeid. Nå forsvinner bare hydrogenet ut i lufta, sier Chatzitakis og peker på boblene som bryter vannflaten.

Han kimser heller ikke av eksplosjonsfaren. Det er ikke tilfeldig at blandingen av hydrogengass og oksygengass kalles knallgass.

– Hydrogen er farlig. Det kan eksplodere. Men det samme gjelder for alle typer drivstoff. Bensin og naturgass kan også eksplodere.

Det kan også være litt skummelt å være avhengig av sollys i et land der store deler av året har relativt lite av akkurat det. I hjemlandet Hellas, derimot:

– I Norge er det kanskje bedre med batteri, men i Hellas for eksempel koster det veldig mye å lade. Samtidig har vi mye mer sollys. I slike områder kan det være bra å bruke mer energi fra sola.

– Så dette er ikke den eneste løsningen. Det er én av mange, Chatzitakis.

Tekst: Eivind Torgersen/Titan.uio.no

Vitenskapelig artikkel:

Junjie Zhu, Athanasios Chatzitakis mfl: Double Perovskite Cobaltites Integrated in a Monolithic and Noble Metal-Free Photoelectrochemical Device for Efficient Water Splitting, Applied Materials & Interfaces, april 2021.