Bland beräkningar och bränsleceller

När jag höll mitt licentiatseminarium om ett elektrolytmaterial för bränsleceller för snart fyra år sen fick jag frågan om vad jag såg som de största problemen med att ersätta förbränningsmotorer och bensin med bränsleceller och vätgas. Mitt svar, som orsakade viss munterhet i publiken, var att problemen var framställning, förvaring och förbränning av vätgas. Hade någon frågat mig idag hade jag nog svävat lite mer på målet eftersom det är längre sen jag arbetade med de här sakerna, men i princip kvarstår problemen. För att få en ordentlig miljömässig vinst av att byta till väte som bränsle behöver man kunna framställa det effektivt med hjälp av förnybar (eller åtminstone klimatneutral) energi, förvara den på ett säkert och praktiskt sätt som möjliggör att snabbt fylla tanken på en bil, och förbränna den i en bränslecell som håller en rimlig temperatur och en rimlig tillverkningskostnad.

Enligt en text i IEEE Spectrum som jag fick syn på för ett tag sen har man gjort vissa framsteg när det gäller det där med förvaringen. Standardmetoden för att förvara vätgas (och andra gaser för den delen) är i gasflaskor eller tankar under högt tryck. Den förvaringsmetoden har vissa problem, t.ex. risk för explosion om temperaturen blir för hög. Det är möjligt att riskerna skulle gå att hantera, men många som förespråkar vätgas som bränsle skulle hellre se en annan variant: Att man fyller tanken med något annat material som vätgasen sen kan pumps in i och binda till. Det är lite som att förvara vatten i en tvättsvamp istället för i en flaska, förutom att vatten inte kräver flera atmosfärers tryck. Detta ställer dock stora krav på förvaringsmaterialet: Det ska kunna rymma mycket vätgas, så att man kan köra långt på en tank, det ska vara lätt, och vätgasen måste binda tillräckligt starkt till det för att det ska vara stabilt men tillräckligt svagt för att man ska kunna fylla eller tömma tanken fort. Lösningen på problemet antas i regel vara porösa material med många små hålrum. Hålrummen gör både materialet lättare och ger det större yta, d.v.s. mer plats för vätemolekylerna att fastna på.

I artikeln som IEEE Spectrum hänvisar till är det porösa materialet ett nätverk av grafen-lager som sitter ihop med hjälp av nanorör av bornitrid. Bornitrid består som namnet antyder av grundämnena bor och kväve, och kan på samma sätt som grafen framställas i skikt som bara är en enda atom tjocka. Det kan också formas till nanorör, mycket mycket små ihåliga rör vars vägg är ett enda lager atomer. Artikeln bygger på datorsimuleringar av ett nätverk av grafen och bornitrid, och de simuleringarna visar att det resulterande materialet skulle kunna rymma stora mängder vätgas, samtidigt som det skulle vara väldigt lätt.

Betyder det att man har löst förvaringsproblemet för vätgas? Nej, tyvärr inte, även om det här materialet verkar lovande. Det har framställts i laboratorium än, så om det visar sig vara väldigt svårt att tillverka blir det ändå inte så intressant att använda praktiskt. Att man kan räkna ut att materialet är bra för vätelagring borde dock göra det mycket mer intressant att faktiskt försöka framställa det - så vem vet, vi kanske får se det inom några år.