måndag 28 augusti 2017

Drömmen om en väteekonomi – Kanske snart verklighet

Som framgått av tidigare artiklar här på bloggen sker nu stora satsningar och framsteg på den sedan två sekler hägrande drömmen om en väteekonomi som lösning på människans energiförsörjning. Varför har det tagit så lång tid? Vad är problemet?

Väte är universums vanligaste grundämne. Ett problem är att väte trots detta ingenstans på vår planet finns att bara hämta – väte måste produceras. Väte förekommer bara bundet i kemiska föreningar som kolväten, kolhydrater och vatten. Väte måste alltså frigöras från dessa föreningar, men är ändå ytterst svårt att isolera och behålla – väte förenar sig nämligen ytterst begärligt med flertalet övriga grundämnen. Om inte annat så med luftens syre till vatten.

Till detta kommer vätes kemiska och fysikaliska egenskaper. Väte blir flytande först vid minus 253°C
(bara 20 grader från absoluta nollpunkten) och har då en densitet av endast 70,8 kg/m3. Som jämförelse kan nämnas att metanol (den enklaste alkoholen CH3OH) innehåller 98,9 kg väte/m3 (dvs ca 25,5 procent mer väte per m3 vid normal temperatur och tryck än flytande väte vid minus 253°C).

De viktiga säkerhetsaspekterna har vunnit stort genom att metanol genom reformering med ammoniak nu enkelt kan lagras, distribueras och hanteras för att sedan först vid inträdet i vätebränslecellen omvandlas till väte. Detta framgår av flera tidigare artiklar här på bloggen.

Redan år 2000 introducerade Daimler Chrysler en metanoldriven bränslecellsbil NECAR 5. Max hastighet 150 km/h, Räckvidd 500 km. År 2002 var denna bränslecellsbil först att genomföra en tripp från kust till kust tvärs över Amerika från San Francisko till Washington DC eller över 5 000 km, med tankning av metanol var 500 km.

Denna spektakulära prestation skulle naturligtvis ha gett utslag i kommersiell tillämpning och framgång om reformeringstekniken då hade varit konkurrenskraftig. Att kommersialisering uteblivit är ett kvitto på att den tidens reformering av metanol till väte var för omständlig och dyr.

Den i tidigare bloggartiklar redovisade reformering av metanol till väte med ammoniak ger ny förutsättning att tanka metanol och driva elbil med vätebränslecell.

Så kan billig vätgas produceras är rubrik på en artikel i Ny Teknik häromdagen, som är ännu ett bevis på att en väteekonomi som lösning av problemet med människans framtida energiförsörjning kan stå för dörren. En forskargrupp från Sverige, Finland och Vietnam har tillverkat en katalysator som sönderdelar vatten genom elektrolys.

”Systemet vi har tagit fram är robust, skalbart och billigt. En ytterligare stor fördel är att vi använde en alkalisk saltvattenlösning. I princip skulle man kunna driva de här systemen med saltvatten från havet”, säger Jyri-Pekka Mikkola, professor vid Umeå Universitet.

”Det största problemet med vätgasproduktion genom elektrolys är att det går åt stora mängder elektricitet”, fortsätter Professor Mikkola. ”Vår nya katalysator innebär att energimängden som krävs för elektrolys minskar väsentligt.”

Umeå Universitet, Sveriges lantbruksuniversitet och Luleå Tekniska Universitet samarbetar i detta projekt som kallas Bio4Energy.

Det görs alltså nya framsteg hela tiden och som så ofta – vad stort sker det sker tyst när vi minst anar det. Rätt som det är kan den tekniskt så svåra två sekler gamla drömmen om en väteekonomi vara verklighet.


J-G Hemming

torsdag 17 augusti 2017

Storskalig vindkraftsutbyggnad skadar våra älvar

En stor del av vår el produceras i våra vattenfall och i våra kärnkraftverk. Vi tänker kanske inte på det dagligdags men behovet av el varierar starkt under dygnets 24 timmar.

Elproduktionen i kärnkraftverken är svår att reglera och därför är det vattenkraften som tjänar som regulator.

Om vi genomför en storskalig utbyggnad av vindkraften kommer behovet av att reglera den totala elproduktionen att öka avsevärt eftersom den el som vindkraften producerar varierar från nära noll under perioder då det blåser lite eller inget alls till mycket stor produktion under stormiga dagar.

Nyhetstjänsten Second opinion har i en artikel av Klas Roudén redovisat effekterna för våra älvar vid ett starkt ökat behov av korttidsreglering.

Det totala ekosystemet påverkas liksom fisket och för närboende innebär det olägenheter. Den totala energiproduktionen från älvarna reduceras av det varierande uttaget samtidigt som det innebär merkostnader för ökat maskinslitage.


Bengt Lindhé

tisdag 1 augusti 2017

Vårt ömkligt lilla klot

Bokrecension.                                                         

Vårt lilla klot.
Bild: Apollo 8 / NASA


Ulf Danielsson.
Vårt klot så ömkligt litet








Ulf Danielsson som är naturvetare och fysiker i Uppsala har sammanfattat vår existentiella situation på ett sätt som jag aldrig tidigare tagit del av. Vi lever i en utsatt värld. Kometer och asteroider har en gång utplånat stora delar av livet på jorden och vi har ingen garanti för att det inte sker igen. Vulkanutbrott är en annan faktor som påverkat livet på jorden. Vi har alla läst om dinosaurierna som försvann för 65 miljoner år sedan i samband med ett vulkanutbrott som orsakades av ett asteroidnedslag. De människoliknande varelserna uppkom för några miljoner år sedan. Vår egen art Homo sapiens är ungefär hundra tusen år gammal.

I den enorma mängden fakta som finns i boken finns ett avsnitt om avstånd som är tänkvärt. Det tar en dryg tiondels sekund för ljus att färdas ett varv runt den väldiga jorden och en sekund till månen – den längsta resa en människa gjort. På åtta minuter når oss ljuset från solen. Fyra år krävs till närmaste stjärna och trettio tusen år till Vintergatans mitt. Vi kan med teleskop se galaxer på avstånd som det tar miljarder år för ljus att överbrygga. 

Ett direkt citat ur boken ger ett annat perspektiv: ”Jag har blivit övertygad om att vårt universum inte är det enda och att det som format dess öde är kaos och slump, snarare än oundviklig matematik. Det är i detta ljus vi också måste se vår egen tillvaro och den jord där vi alla lever våra liv från födelse och död. Denna lilla planet, detta sköra klot, som vävar fritt i en mörk och outforskad rymd utgjorde en gång för inte så länge sedan hela den ofattbart stora världen.”

Ett annat citat ger ett perspektiv på vad som kommer att hända långt in i framtiden: ”Vår egen sol lyser allt starkare ju äldre den blir. Om en miljard år har ljuset blivit så starkt att haven kokar bort. Om sex miljarder år sväller solen upp till en röd jättestjärna som kanske slukar den sedan länge döda jorden.”

Andra fakta i boken är att Venus och Mars inte innehåller något liv och att man inte ännu funnit någon annan stjärna eller planet med organiskt liv.

Hur ser då framtidsutsikterna ut? Vi kommer knappast att överleva mer än 10 000 år – med eller utan civilisation. Så skönt att allt det där obehagliga ligger så långt bort i framtiden.


Bengt Lindhé

söndag 23 juli 2017

Väteekonomin kan bli verklighet via reformering av metanol med ammoniak

Jules Verne skrev redan för 150 år sedan Den hemlighetsfulla ön. Bokens huvudperson Cyrus Smith säger på tal om Amerikas framtid om kolet snart skulle ta slut: ”Framtidens bränsle är vatten, delat i sina beståndsdelar väte och syre genom elektrolys”.

Ytterligare ett halvsekel tidigare visste man, att elektrolys bokstavligt talat kunde köras baklänges. Väte kan alltså oxideras på två sätt: (i) förenas med syre i förbränning vilket ger värmeenergi och vatten; (ii) förenas med syre i en bränslecell vilket ger elenergi och vatten.

Kruxet är att få fram detta väte, eftersom det ingenstans finns att bara hämta på denna planet, trots att väte är universums vanligaste grundämne. Väte måste produceras genom att frigöras från sin bundenhet i vatten och andra kemiska föreningar. Billigast för dagen är att reformera naturgas med ånga, som står för ca hälften av global väteproduktion. Ovan nämnda elektrolys av vatten står bara för ca 5 %.

Den stora nyheten är reformering av metanol med ammoniak, se föregående artikel här på bloggen den 30 juni: Lastbilens container är enkel pedagogisk förklaring. Efter elektrolys av vatten kommer väte in i containern uppe till vänster och hydrerar container- luftens CO2 till metanol i ett satsvis förlopp.











Ekv1: CO2  +  3H2    CH3OH  +  H2O
                    koldioxid        väte                     metanol                   vatten

Därpå följer reaktionen metanol/ammoniak. Väte och kväve lämnar containern nere till höger.

Ekv2: CH3OH + 2NH3 →CO(NH)2 + 3H2 + N2
                      metanol             ammoniak               urea                    väte             kväve

Genom att utsätta vätet för alternerande tryck (”pressure swing”) görs den satsvisa processen enkelt kontinuerlig och ger inga emissioner av vare sig CO2 eller CO – bara eftertraktad H2 och harmlös N2.

Ekv3: CO(NH2)2 + 3H2 → CH3OH + 2NH3
                           urea                     väte                  methanol             ammoniak

“In the paper, we performed chemistry with primary and secondary amines, but not ammonia per se”, säger Suryah Prakash. (I artikeln beskrev vi kemin med primära och sekundära aminer, inte med ammoniak i och för sig). Underförstått att annars skulle framställningen blivit för avancerad och inte längre vara populärt skriven.

Slutligen kan det sägas vara en ödets ironi att George Olah strax före sin död i mars i år hann medverka till ett vetenskapligt genombrott för väteekonomin, Tidigare kritiserade han den för att vara ekonomiskt omöjlig på grund av att vätes kemiska och fysikaliska egenskaper gör den hopplöst svår att lagra och transportera – särskilt ombord på fordon. Att hans egen metanolekonomi löste knuten måste gett honom stor och välförtjänt glädje i det sista.


J-G Hemming