Framställning av vätgas

Väte är det tidigast bildade grundämnet i universum och det är också det lättaste. Vid standardtryck (1 atm) och standardtemperatur (0° C) förekommer väte som en tvåatomig gas (H2) som är doftlös, färglös och mycket lättantändlig.

När vätgas reagerar med syre, det vill säga brinner, frigörs stora mängder energi vilket gör vätgas till ett kraftfullt bränsle som till exempel kan användas för att driva fordon och elgeneratorer. Slutprodukten är vanligt vatten, eftersom vätgas (H2) som reagerar med syre bildar H2O.

Väte är ett mycket vanligt förekommande grundämne på jorden, men det är sällan man stöter på ren vätgas. Istället är vätet vanligt bundet till andra grundämnen, till exempel bundet till syre så att det bildar vatten. Man kan utvinna vätgas genom att skilja på vätet och syret i en vattenmolekyl, men det är inte helt enkelt.

Att framställa vätgas genom ångreformering

Ångreformering kan användas för att framställa vätgas ur kolvätebaserade bränslen, såsom naturgas eller biogas.

Industriell reformering av naturgas

Inom industrin är det idag mycket vanligt att framställa vätgas ur naturgas. En hög temperatur (700° C – 1100° C) och närvaron av en metallbaserad katalysator gör att vattenånga reagerar med metan och bildar koldioxid och vätgas. Reaktionen är endotermisk och kräver mycket energi.

CH4 + H2O ⇌ CO + 3 H2

Den kolmonoxid (CO) som produceras som biprodukt kan användas ihop med vatten för att framställa ytterligare vätgas. Denna process sker vid lägre temperatur. Reaktionen är exotermisk (frigör energi).

CO + H2O ⇌ CO2 + H2

Ångreformering av kolväten för användning i bränsleceller

väteÅngreformering av kolväten skulle kunna användas för att förse bränsleceller med vätgas för att driva fordon, och vi skulle därigenom slippa ifrån de farliga avgaser som bensin- och dieseldrivna bilar släpper ut idag. Så länge man använder sig av fossila bränslen för att framställa vätgasen är dock denna lösning inte helt tillfredsställande eftersom det fortfarande leder till ökade halter av växthusgaser i atmosfären. Det skulle dock ändå kunna vara ett steg i rätt riktning, eftersom man kan få högre effektivitet vid vätgasframställningen än vad man har när fossila bränslen förbränns i varje enskilt fordon. Att ha några få fabriker som framställer vätgas istället för att ha miljontals bilar som släpper ut avgaser från fossila bränslen gör det också enklare att fånga in utsläppen och se till att växthusgaser inte kommer ut i atmosfären.

Reformering av gaser som inte är metan

När man utvinner olja sker utsläpp av naturligt förekommande gaser, vilket både kan skapa ett arbetsmiljöproblem och bidra till klimatförändringar. Dessa gaser kan dock samlas in och komma till nytta som bränsle.

Kolväten som inte är metan (NMHC:s) konverteras först till syntesgas (H2 + CO) och sedan till metan (CH4), koldioxid (CO2) och vätgas (H2).

Till skillnad från ovan beskrivna ångreformering sker reformeringen av kolväten som inte är metan vid förhållandevis låga temperaturer, och man behöver inte heller lika mycket vattenånga.

Vätgas som biprodukt vid katalysatorreformering av nafta

Genom katalysatorreformering av nafta kan man producera högoktanig bensin + vätgas.

Att framställa vätgas genom elektrolys

När man framställer vätgas genom elektrolys använder man elektricitet för att spjälka upp vattenmolekyler till vätgas och syre. Hur pass miljövänlig sådan framställning blir beror mycket på varifrån elektriciteten kommer; elektricitet från ett solkraftverk har ju till exempel inte samma miljöpåverkan som elektricitet från ett kolkraftverk.

Cirka 30% – 40% av energin förloras genom elektrolysen. Det pågår dock forskningsprojekt för att få fram metoder som kan höja effektiviteten.

Att framställa vätgas med hjälp av cyanobakterier

Det finns forskningsprojekt som syftar till att utvinna vätgas med hjälp av cyanobakterier, men det befinner sig alla än så länge på experimentstadiet.

Att framställa vätgas med hjälp av artificiell fotosyntes

Den svenska Energimyndigheten stödjer för närvarande forskningsprojekt i Sverige som syftar till att utvinna vätgas med hjälp av artificiell fotosyntes, det vill säga en process som sker utan något mellansteg av biomassa. Forskning pågår vid både KTH, Umeå Universitet, Uppsala Universitet och Lunds Universitet.

Framställning av vätgas utan platina

Idag används vanligen ädelmetallen platina när vätgas utvinns ur vatten. Platina är tyvärr en ovanlig och dyr metall, vilket innebär att det kostar en hel del att framställa vätgas på detta vis. Det verkar dock som att vi i framtiden kan få se andra lösningar.

Doktor Gustav Berggren vid Stockholms Universitet har tillsammans med kollegor från Frankrike och Tyskland tagit fram en alternativ metod som använder sig av enkla järnjoner och organiskt material. Inspirationen kommer från naturen, där vätgas ingår i ämnesomsättningen för grönalger.

Berggren och hans kollegor har lyckats massframställa enzymet hydrogenas och aktivera det med hjälp av syntetiska järnföreningar. Det konstgjorda enzymet hydrogenas har visat sig vara lika aktivt som det som finns naturligt i grönalger.