Lagring av hydrogen – er ligninbasert jetdrivstoff svaret?

Å få hydrogen til å fungere

Electrification with batteries might not be enough to replace fossil fuels in transportation, especially shipping and air travel. The same can be said for industrial processes requiring very hot temperatures. Even with recent battery technology improvements, electricity is difficult to store without heavy or too large batteries.

Et alternativ som har blitt vurdert i lang tid er hydrogen. Siden grønn hydrogen kan produseres fra fornybar energi, ville det være en god måte å omdanne grønn kraft til tett flytende drivstoff.

Imidlertid har grønn hydrogen hengt etter andre grønne løsninger av to grunner: produksjon av hydrogen er dyrt, og lagring av hydrogen er vanskelig.

Produksjonsproblemet blir angrepet fra mange vinkler som avviker fra vanlig vannelektrolyse, for eksempel kunstig fotosyntese, mikrobølge & ceriumoksid, eller nikelbasert elektrolyse, ved bruk av metallskrap.

Lagring er et mer vanskelig problem, da hydrogen er svært flyktig, brannfarlig og vanskelig å inneholde siden det er det minste mulige atomet. Dette er grunnen til at det er betydningsfullt at forskere kan ha gjort et gjennombrudd på dette området.

Forskerne ved Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven og Natural Resources Canada har publisert sine resultater i International Journal of Hydrogen Energy, under tittelen “In-situ dehydrogenering av ligninbasert jetdrivstoff: En ny og bærekraftig flytende organisk hydrogenbærer”¹.

Lagring og transport av hydrogen

Hydrogengass er et av universets minste molekyler, bestående av kun to av de letteste atomene i det periodiske systemet. Som et resultat har den noen egenskaper som er uønskede for en energibærer:

• Lav tetthet.
• Flyktig og brannfarlig.
• Vanskelig å inneholde, da den lekker mellom molekylbindingene i beholderen.

Alle disse aspektene ved hydrogen gjør vanligvis lagring og transport dyrt og teknisk komplekst.

Tendensen til å reagere med stål og gjøre det sprø hjelper heller ikke, da det innebærer behovet for en spesialisert hydrogenrørledning for langdistansetransport, i stedet for det billigere rørledningsnettet som brukes til naturgass.

En idé for å unngå disse problemene er å omdanne hydrogen til ammoniakk, et flytende drivstoff som er mye lettere å håndtere. Imidlertid reduserer dette den samlede effektiviteten i prosessen. En ammoniakkøkonomi ville også måtte ha sin egen infrastruktur bygget fra bunnen av.

Ligninbasert drivstoff

Et nytt alternativ foreslått av forskerne er å bruke et eksperimentelt drivstoff basert på lignin, en organisk polymer som finnes i planter. Drivstoffet ble utviklet i Pr Bin Yangs laboratorium og analysert med nukleær magnetisk resonans (NMR) ved Pacific Northwest National Laboratory.

Kilde: Washington State University

Dette ble tidligere utviklet og beviste at planteavfall fra jordbruket kunne omdannes til bærekraftig flydrivstoff. Denne drivstoffblandingen var også mer energitetthetsrik enn de fossile drivstoffbaserte produktene, og reduserte også forurensning ved å erstatte aromatiske molekyler (karbonkretser) som vanligvis tilsettes flydrivstoff.

Kilde: International Journal of Hydrogen Energy

Lignin-drivstoff som bærer hydrogen

Den nye forskningen beviste at dette ligninbaserte bærekraftige flydrivstoffet kan brukes som en hydrogenbærer, uten å kreve energikrevende kjemiske endringer som ved ammoniakkproduksjon.

Det fungerer ved at ligninjetdrivstoffet (LJF) frigjør hydrogenatomene som er inneholdt i det (mono-, di- og trisykloksyalkaner) når det utsettes for platina-nanopartikler på krystallinsk aluminosilikat.

Forskerne kalte denne prosessen Lignin Jet Fuel-baserte Flytende Organiske Hydrogenbærer (LJF-HyC).

Den delen av ligninjetdrivstoffet som bærer hydrogen ble estimert med nukleær magnetisk resonans (NMR) til å utgjøre 18,5 % av totalen.

«Denne nye, ligninjetdrivstoffbaserte teknologien kan muliggjøre effektiv, høy‑tetthets lagring av hydrogen i et lett håndterbart bærekraftig flydrivstoff, og fjerne behovet for trykktanker for lagring og transport.»

Pr. Bin Yang – Professor ved Washington State University

Bruke eksisterende infrastruktur

Det som gjør denne prosessen interessant er at det allerede finnes en massiv infrastruktur for transport av jetdrivstoff og andre lignende flytende drivstoff. Så i stedet for å prøve å lagre og transportere ren hydrogen, kan LJF brukes til å transportere hydrogen fra punkt A til punkt B.

Det kan også enkelt brukes til å lagre hydrogen, siden lagring av jetdrivstoff er vanlig og økonomisk.

«Denne innovasjonen gir lovende muligheter for kompatibilitet med eksisterende infrastruktur og økonomisk levedyktighet for skalerbar produksjon.

Den kan bidra til å skape et synergistisk system som forbedrer effektiviteten, sikkerheten og de økologiske fordelene ved både bærekraftig flydrivstoff og hydrogenteknologier.

Pr. Bin Yang – Professor ved Washington State University

Neste steg for forskerne er målet om å designe en AI-drevet katalysator som forbedrer og fullfører hydrogeneringsreaksjonene, og gjør dem mer effektive og kostnadseffektive.

Hydrogen-selskap

Plug Power (PLUG ) er en leder innen grønn hydrogen, med fokus på brenselceller. Merkverdig er at deres brenselceller driver over 40 000 gaffeltrucker, med inntekter opp 8‑fold siden 2013. De er også aktive i å bygge hydrogeninfrastruktur som hydrogenproduksjon, logistikk, kraftproduksjon i stor skala og leveranser.

Kilde: Plug Power

Selskapet har som mål å skalere opp for å redusere produksjonskostnadene fra $10/kg til $4/kg, samtidig som produksjonen økes 14‑fold innen 2027.

Kilde: Plug Power

På grunn av massive investeringer for å øke produksjonskapasiteten 19‑fold siden 2020, er selskapet ennå ikke lønnsomt. Dette førte til nesten dobbel inntekt fra begynnelsen til slutten av 2023. Mesteparten av nåværende og forventet virksomhet forventes å komme fra Nord-Amerika.

Selskapet ser sine løsninger enten som et direkte mobilitetsdrivstoff eller som et supplement til elbiler, da hydrogen gjør det mulig å redusere belastningen på strømnettet ved at topp‑lading av elbiler ikke samsvarer med produksjonstidene for fornybar energi i løpet av dagen.

Kilde: Plug Power

Som en stor produsent av brenselceller vil Plug Power ha stor nytte av en overgang til en hydrogenbasert økonomi. Fremkomsten av en billig og sikker hydrogenbærer ville radikalt forbedre økonomien ved å bruke hydrogen som energikilde.

Dette gjør derfor Plug Power til en god aksje å satse på i en generell overgang til hydrogen, med økende etterspørsel etter deres brenselceller hver gang en billigere metode for å produsere, lagre eller transportere hydrogen blir oppfunnet.

Studierreferanse:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) In-situ dehydrogenering av ligninbasert jetdrivstoff: En ny og bærekraftig flytende organisk hydrogenbærer. International Journal of Hydrogen Energy Volum 98, 13 januar 2025, Sider 1275-1282}