Smoltek siktar på att halvera kostnaden för elektrolysörer

Vätgas kan bli en fossilfri råvara och ett energislag som många tror kommer att bli nyckeln i den gröna energiomställningen.

I takt med att investeringarna i koldioxidfri vätgasproduktion ökar måste dagens PEM-elektrolysörer (den typ av elektrolysörtyp som kan verka tillsammans med intermittenta strömkällor – som vind- och sol-kraftverk) bli billigare att tillverka och driva, för att på så sätt få ner kostnaden för den gröna vätgasen. Och för att det ska vara möjligt behöver vätgasanläggningarna använda en betydligt mindre mängd iridium som katalysatorpartiklar i elektrolysörcellen jämfört med idag.

Iridium är redan idag en extremt dyr ädelmetall som kostar omkring 2 miljoner kronor/kg. Det är ett pris som beräknas stiga till omkring 8 miljoner kronor/kg år 2030, i takt med att efterfrågan förväntas öka markant de närmsta åren. En annan begränsande faktor är att det inte finns tillräckligt mycket iridium i jordskorpan för att kunna skala upp tillverkningen av elektrolysörer till den nivå som behövs för att klara elektrifieringen. I alla fall inte med dagens teknik för elektrolysörceller.

Korrosionsskyddade nanofibrer kan ge mindre och billigare elektrolysörer  


En elektrolysörcell består av ett antal sammanpressade tunna lager eller skikt. I katalysatorskiktet för anoden* krävs idag ett onödigt tjockt skikt med iridiumpartiklar där bara ett fåtal kommer i direkt kontakt med membranet – där vätejonerna transporteras effektivt. Därmed används avsevärt större mängder iridium än nödvändigt vid vätgasproduktion.

Smolteks nanofiberbaserade cellmaterial skapar däremot en tredimensionell struktur som gör att iridiumpartiklarna fäster på ytan av nanofibrerna i stället för att ligga inkapslade. Vid sammansättningen pressas nanofibrer med iridium in i membranet och på så vis kommer i princip alla partiklar i kontakt med membranet där reaktionen sker, och resultatet blir att man kan producera samma mängd vätgas med radikalt minskad mängd iridium i elektrolysörcellen.

- Tack vare den tredimensionella strukturen kan iridiumpartiklarna spridas ut väldigt tunt på fibrerna och skapar därmed en stor aktiv yta. I och med att det går att anpassa längden på fibrerna till den mängd iridium som man vill exponera kan man också styra strömtätheten för cellen. Och eftersom cellens vätgasproduktion står i direkt proportion till ökad strömtäthet får man ut mer vätgas per cell. Smolteks ambition är att tredubbla output på samma cellyta och möjliggöra celler som kan producera upp till 6 A/cm2, vilket kan halvera kostnaden för en elektrolysör, säger Fabian Wenger Head of R&D på Smoltek Hydrogen.

Koncernbolaget Smoltek Hydrogen har presenterat positiva resultat av de första prototyperna med bolagets nanofiberbaserade cellmaterial (ECM) till elektrolysörer. Efter 1 000 timmars test visar cellmaterialet att det inte degraderas (korroderar) samt att det går att producera samma mängd vätgas med endast 0,5 mg iridium/cm2 som ett kommersiellt standardmaterial producerar med 2,0 mg iridium/cm2.

Smolteks patentskyddade material, Smoltek ECM, är utvecklat för att radikalt minska andelen iridium samt öka vätejonströmtätheten i en elektrolyscell. Smoltek ECM består av en tredimensionell nanostrukturbaserad och korrosionsskyddad beläggning till ett av skikten i cellen (Anode PTL + catalyst i illustrationen ovan).

Enorm marknad för grön vätgas och elektrolysörer 


Vätgas som fossilfri råvara och energibärare är en potentiell jättemarknad för elektrolysörtillverkare och Smoltek. Världen över genomförs nu enorma investeringar inom det här området, inte minst i Europa där EU har allokerat ofantliga summor för utveckling av grön vätgas. Redan idag produceras stora mängder vätgas till flera energiintensiva industrisektorer som behöver ställa om till fossilfri energi. Än så länge är det dock bara knappt 5 procent av all producerad vätgas som är fossilfri. Det gör att det råder stor efterfrågan på ny teknik för att få mer kostnadseffektiva metoder för tillverkning av grön vätgas med PEM-elektrolysörer.

- Den globala marknaden för grön vätgasproduktion ser idag storskaliga satsningar på uppbyggnad av produktion och distribution av grön vätgas. Samtidigt sker en kraftfull ackumulering av öronmärkt kapital för investeringar i elektrolysörer och relaterade tekniska innovationer med potential att förbättra prestandan vid grön vätgasproduktion. Enbart marknaden för cellmaterial till anodsidan i PEM-elektrolysörer bedöms öka exponentiellt, från omkring 3,5 miljarder kronor år 2026 till omkring 65 miljarder kronor år 2030, säger Ellinor Ehrnberg, vd för Smoltek Hydrogen.  

* I en elektrolytisk cell är den positiva elektroden anod. Elektrolys används bland annat till att spjälka vatten i vätgas och syrgas med hjälp av en strömkälla. Syrgas, O2 utvecklas vid anoden (den positiva elektroden) och vätgas, H2 utvecklas vid katoden (den negativa elektroden).

Faktaruta:

Smoltek Hydrogen är en del av Smoltek-koncernen – ett svenskt nanoteknikbolag noterat på Spotlight Stockmarket under kortnamn SMOL.

Bolaget har utvecklat en unik patentskyddad kolnanofiberteknologi som kan lösa avancerade materialtekniska problem inom flera industrisektorer.

Bolaget inriktar sig idag på två affärsområden; vätgas med teknik till elektrolysörer och halvledare med teknik för kondensatorer.

Läs mer på www.smoltek.com