Opbevaring af hydrogen – Er ligninbaseret jetbrændstof svaret?

Få hydrogen til at fungere

Electrificering med batterier er måske ikke tilstrækkelig til at erstatte fossile brændstoffer i transport, især inden for skibsfart og luftfart. Det samme kan siges om industrielle processer, der kræver meget høje temperaturer. Selvom batteriteknologien for nylig er blevet forbedret, er elektricitet svært at lagre uden tunge eller alt for store batterier.

Et alternativ, der har været overvejet i lang tid, er hydrogen. Da grønt hydrogen kan produceres fra vedvarende energi, ville det være en god måde at omdanne grøn energi til en tæt flydende brændstof.

Dog er grønt hydrogen faldet bagud i forhold til andre grønne løsninger af to grunde: produktionen af hydrogen er dyr, og lagring af hydrogen er vanskelig.

Produktionsproblemet tackles fra mange vinkler, der afviger fra den sædvanlige vandelektrolyse, som for eksempel kunstig fotosyntese, mikrobølge & ceriumoxid, eller nikkelbaseret elektrolyse, ved brug af metalspåner.

Lagring er et mere kompliceret problem, da hydrogen er meget flygtigt, brandfarligt og svært at indeholde, fordi det er det mindste mulige atom. Derfor er det betydningsfuldt, at forskere muligvis har gjort et gennembrud på dette område.

Forskerne fra Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven og Natural Resources Canada har offentliggjort deres resultater i International Journal of Hydrogen Energy under titlen “In-situ dehydrogenering af ligninbaseret jetbrændstof: En ny og bæredygtig flydende organisk hydrogenbærer”¹.

Lagring & transport af hydrogen

Hydrogengas er et af universets mindste molekyler, bestående af kun to af de letteste atomer i det periodiske system. Som følge heraf har det nogle egenskaber, der er uønskede for en energibærer:

• Lav densitet.
• Flygtigt og brandfarligt.
• Svært at indeholde, da det lækker gennem de molekylære bindinger i sin beholder.

Alle disse aspekter af hydrogen gør det dyrt og teknisk komplekst at lagre og transportere.

Tendensen til at reagere med stål og gøre det sprødt hjælper heller ikke, da det betyder, at der er behov for en specialiseret hydrogenrørledning til langdistancetransport i stedet for det billigere rørledningsnet, der anvendes til naturgas.

En idé for at undgå disse problemer er at omdanne hydrogen til ammoniak, et flydende brændstof, der er meget lettere at håndtere. Dette reducerer dog den samlede effektivitet af processen. En ammoniakekonomi ville også skulle have sin egen infrastruktur bygget fra bunden.

Ligninbaseret brændstof

Et nyt alternativ foreslået af forskerne er at bruge et eksperimentelt brændstof baseret på lignin, en organisk polymer, der findes i planter. Brændstoffet blev udviklet i Pr Bin Yangs laboratorium og analyseret med kernemagnetisk resonans (NMR) på Pacific Northwest National Laboratory.

Kilde: Washington State University

Dette blev tidligere udviklet og bevist, at planteaffald fra landbruget kunne omdannes til bæredygtigt flybrændstof. Denne brændstofblanding var også mere energitæt end de fossile brændstofbaserede produkter, og reducerede også forurening ved at erstatte de aromatiske molekyler (kulstofkredsløb), der normalt tilsættes til flybrændstof.

Kilde: International Journal of Hydrogen Energy

Ligninbrændstof, der bærer hydrogen

Den nye forskning viste, at dette ligninbaserede bæredygtige flybrændstof kan bruges som en hydrogenbærer, uden at kræve energispildende kemiske ændringer som ved ammoniakproduktion.

Det fungerer ved, at ligninjetbrændstoffet (LJF) frigiver de hydrogenatomer, der er indeholdt i det (mono-, di- og tricyclohexylalkaner), når det udsættes for platin-nanopartikler på krystallinsk aluminosilikat.

Forskerne kaldte denne proces Lignin Jet Fuel-baseret Liquid Organic Hydrogen Carrier (LJF-HyC).

Den del af ligninjetbrændstoffet, der bærer hydrogen, blev estimeret ved kernemagnetisk resonans (NMR) til at udgøre 18,5 % af det samlede.

“Denne nye, ligninjetbrændstofbaserede teknologi kan muliggøre effektiv, høj-densitets lagring af hydrogen i et let håndterbart bæredygtigt flybrændstof, hvilket eliminerer behovet for tryktanke til lagring og transport.”

Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

Brug af eksisterende infrastruktur

Det, der gør denne proces interessant, er, at der allerede findes en massiv infrastruktur til transport af jetbrændstof og andre lignende flydende brændstoffer. Så i stedet for at forsøge at lagre og transportere rent hydrogen, kan LJF bruges til at transportere hydrogen fra punkt A til punkt B.

Det kan også let bruges til at lagre hydrogen, da lagring af jetbrændstof er almindeligt anvendt og økonomisk.

“Denne innovation tilbyder lovende muligheder for kompatibilitet med eksisterende infrastruktur og økonomisk levedygtighed for skalerbar produktion.

Den kunne hjælpe med at skabe et synergistisk system, der forbedrer effektiviteten, sikkerheden og de økologiske fordele ved både bæredygtigt flybrændstof og hydrogen-teknologier.

Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

Det næste mål for forskerne er at designe en AI-drevet katalysator, der forbedrer og fuldender hydrogenationsreaktionerne, så de bliver mere effektive og omkostningseffektive.

Hydrogenvirksomhed

Plug Power (PLUG ) er en førende inden for grønt hydrogen med fokus på brændselsceller. Bemærkelsesværdigt er, at deres brændselsceller driver over 40.000 gaffeltrucks, med indtægter, der er steget 8‑fold siden 2013. De er også aktive i opbygning af hydrogeninfrastruktur såsom hydrogenproduktion, logistik, el‑skala kraftgenerering og leverancer.

Kilde: Plug Power

Virksomheden sigter mod at skalere for at reducere produktionsomkostningerne fra $10/kg til $4/kg, samtidig med at produktionen forøges 14‑fold i 2027.

Kilde: Plug Power

På grund af massive investeringer for at øge produktionskapaciteten 19‑fold siden 2020 er virksomheden endnu ikke profitabel. Dette har medført næsten en fordobling af omsætningen fra begyndelsen til slutningen af 2023. Det meste af den nuværende og forventede forretning forventes at komme fra Nordamerika.

Virksomheden ser sine løsninger som enten et direkte mobilitetsbrændstof eller et supplement til elbiler, da hydrogen muliggør en reduktion af belastningen på elnettet ved top‑ladning af elbiler, som ikke matcher produktionstiderne for vedvarende energi i løbet af dagen.

Kilde: Plug Power

Som en stor producent af brændselsceller vil Plug Power drage stor fordel af en overgang til en hydrogenbaseret økonomi. Fremkomsten af en billig og sikker hydrogenbærer ville radikalt forbedre økonomien ved at bruge hydrogen som energikilde.

Derfor gør dette Plug Power til en god aktie at satse på i en generel overgang til hydrogen, med en stigende efterspørgsel efter deres brændselsceller hver gang en billigere metode til at producere, lagre eller transportere hydrogen opfindes.

Studierreference:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) In-situ dehydrogenering af ligninbaseret jetbrændstof: En ny og bæredygtig flydende organisk hydrogenbærer. International Journal of Hydrogen Energy Bind 98, 13 januar 2025, Sider 1275-1282}