COORSTEK Membrane Sciences samarbeider med den uavhengige europeiske forskningsorganisasjonen SINTEF for å utvikle sin nye elektrokjemiske celleteknologi for effektiv hydrogenproduksjon og samtidig karbonfangst. Teknologien har flyttet til pilotskala og industrielle installasjoner forventes om 2-3 år.

For tiden produseres hydrogen hovedsakelig fra naturgass ved hjelp av dampmetanreforming, i en energikrevende prosess som foregår i flere trinn og produserer karbondioksid som et biprodukt. Harald Malerød-Fjeld, prosjektleder i CoorsTek, sa at dagens metoder for hydrogenproduksjon har en energieffektivitet på mellom 70 og 75 %, mens den nye tilnærmingen utviklet av CoorsTek har en potensiell effektivitet på 90 %. I 2017 lyktes forskere med å demonstrere det grunnleggende i tilnærmingen og har nå bekreftet effektiviteten og begynt å utvikle den.

Malerød-Fjeld sa: «Dette er et viktig skritt på veien for å gjøre hydrogen mye mer praktisk som drivstoff.»

Forskere har vellykket skalert en ny hydrogenproduksjonsteknologi ved å koble sammen 36 glasskeramiske celler

CoorsTeks metode er avhengig av elektrokjemiske celler, som består av 6 cm lange protonledende keramiske sylindre som kan gjøres om til stabler av protonkeramiske elektrokjemiske reaktorer (PCER). I en studie publisert i aprilforskerne laget 36-cellers stabler bestående av en serie på seks fat som inneholder seks individuelle celler elektrisk forbundet med nyutviklede metall/glass-keramiske komposittskiver.

Daniel Clark, rektor/prosjektleder ved CoorsTek, sa at komposittene laget av forskerne er avgjørende for skalering fordi «for å skalere protonledende membraner, er det avgjørende at celler kan kobles sammen både elektrisk [and] opprettholde et sterkt og robust bånd». Forskere har utviklet glasskeramiske og metall/glass-keramiske kompositter som kan formes som glass under fremstilling og har høytemperaturseigheten til en keramikk og den elektroniske ledningsevnen til et metall. «Dette lar den keramiske membranteknologien vokse fra små celler som er satt sammen til stabler og deretter kombinert til større moduler,» sa Clark.

Clark forklarte også hvordan reaktorer brukes til å generere hydrogen. Han sa at et molekyl som inneholder hydrogen – metan, biogass eller ammoniakk – kommer inn i innløpet til 36-cellers PCER som opererer ved høy temperatur (650-750 ° C) og trykk (1-3 MPa). Reaktoren holdes i et stålrør, som holder gassene under trykk. Når det hydrogenholdige molekylet møter membranene, skiller elektrisiteten hydrogenatomene i deres protoner og elektroner.

Protoner passerer gjennom membranen, mens elektroner fanges opp av elektroder og transporteres rundt i membranen via en ekstern elektrisk krets. Protoner og elektroner bringes sammen på den andre siden av membranen, og genererer rent hydrogen (opptil 99,995%) under trykk (1 til 5 MPa).

Når biogass eller metan brukes som hydrogenbærer, konsentreres karbondioksidet som dannes i prosessen i retentatstrømmen som kommer ut av stabelen. Når ammoniakk brukes, forblir nitrogenet i retentatet.

Thijs Peters, hovedetterforsker ved SINTEF, sa: «Det interessante med denne teknologien er at den har både kortsiktig og langsiktig relevans. Det kan brukes ikke bare til produksjon av blått hydrogen fra naturgass, men også til grønt hydrogen fra biogass eller ammoniakk som en del av en «mer bærekraftig fremtid».

I tillegg krever ikke prosessen en ekstern varmetilførsel fordi elektrisiteten som tilføres den keramiske membranen genererer varme, som kan kobles til varmebehovet til dampmetanreformerings- eller karbonnedbrytningsreaksjonene. Clark sa at dette gir høyere utbytte sammenlignet med sammenlignbare teknologier.

CoorsTek fikk utviklet sin teknologi i tett samarbeid med SINTEF, som testet de nye reaktorene og studerte hvordan man kan integrere konseptet med hydrogenproduksjon i større energisystemer.

Partnerne fortsetter å samarbeide og har allerede tatt teknologien til neste trinn, med pilotinstallasjoner som er fem ganger større enn enhetene som ble brukt i aprilstudien installert i Dhahran, Saudi-Arabia og Oslo, Norge. CoorsTek forventer å installere sitt første industrianlegg for kommersiell produksjon i løpet av de neste 2-3 årene.

Til støtte for prosjektet er olje- og energiselskapene ENGIE, ExxonMobil, Equinor, Saudi Aramco, Shell og Total Energies, samt den norske offentlige utvikleren CCUS Gassnova.