Vanlig vannelektrolyse splitter vann til hydrogen og oksygen. I den nye prosessen fra Technion erstattes reaksjonen som normalt danner oksygen, med en kjemisk reaksjon som produserer epoksid – en stoffgruppe som brukes i blant annet polymerer, belegg, lim og legemidler.

Vil gjøre grønt hydrogen mer lønnsomt

Grønt hydrogen fremstilles ved hjelp av elektrisitet fra fornybare energikilder. Hydrogenet kan bidra til å kutte utslipp i sektorer som er vanskelige å elektrifisere direkte, men bruken har vært begrenset av høyere kostnader enn for hydrogen fremstilt gjennom prosesser basert på fossilt brensel.

Technion-teamet forsøker å møte kostnadsutfordringen ved å gjøre oksygenreaksjonen i elektrolysens andre halvdel om til produksjon av en mulig verdifull kjemisk råvare. Dermed kan prosessen gi to nyttige produkter – hydrogen og epoksid – i stedet for hydrogen og oksygen.

Studien oppgir at systemet oppnådde 98 prosent effektivitet både i hydrogenproduksjonen og i den parallelle epoksidreaksjonen. Forskerne forklarer at dette innebærer at rundt to prosent av den elektriske ladningen gikk tapt i konkurrerende reaksjoner. Teamet rapporterer også en strømtetthet som etter deres vurdering er forenlig med elektrolyse i stor industriell skala.

Bygger på membranfri elektrolyse

Arbeidet bygger på tidligere forskning fra professor Avner Rothschild og samarbeidspartnerne hans, der de elektrokjemiske reaksjonene som vanligvis produserer hydrogen og oksygen, ble skilt fra hverandre. Ideen ligger til grunn for membranfri elektrolyse, en metode som ikke krever den tradisjonelle membranen for å holde reaksjonene ved de to elektrodene adskilt. En tidligere teknologi fra forskergruppen er kommersialisert av selskapet H2Pro.

Den nye løsningen kombinerer hydrogenproduksjon med kjemisk syntese. Ifølge postdoktorforsker Guilin Ruan skyldes resultatene en optimalisering av hele det elektrokjemiske systemet, ikke bare én elektrode eller én enkelt reaksjon.

Systemet består av elektroder, en redoksmediator, et løsemiddelmiljø og en bestemt driftskonfigurasjon. Denne kombinasjonen gjør det mulig å produsere hydrogen og epoksid uten en membran som skiller elektrodene. En slik utforming kan gi et ekstra økonomisk insentiv til produksjon av grønt hydrogen, fordi elektrolysen samtidig skaper et produkt med industriell verdi.

Ikke dokumentert for industriell drift ennå

Resultatene er hentet fra eksperimenter, og studien dokumenterer ikke at teknologien er klar for kommersiell produksjon. Selv om den oppgitte strømtettheten skal være forenlig med storskala elektrolyse, trengs det videre utvikling for å undersøke hvordan prosessen fungerer over lang tid under industrielle forhold.

Studien er publisert i Nature Communications og ble ledet av Avner Rothschild ved Technions fakultet for materialvitenskap og ingeniørfag, sammen med Guilin Ruan. Forskerne har sendt inn en patentsøknad i USA.

Prosjektet H2Bro, støttet av Det europeiske forskningsrådet gjennom et ERC Advanced Grant som Rothschild fikk i 2023, bidro til å finansiere forskningen. Arbeidet inngår også i det tverruniversitære forskningsinitiativet «Waste to Value», som finansieres av Israels råd for høyere utdanning. Patentsøknaden viser at forskerne vurderer at prosessen kan ha et bruksområde utenfor laboratoriet, men den sier ikke i seg selv noe om når eller om teknologien kan tas i kommersiell bruk.