Vätgas från solenergi kan produceras utan platina

Vätgas spelar en nyckelroll i den globala jakten på förnybar energi, då den enda restprodukten från användningen är vatten. Men för att kunna tillverka vätgasen på ett både storskaligt och miljövänligt sätt återstår stora utmaningar. En av dessa är att den dyra ädelmetallen platina används som hjälpkatalysator i den kemiska process där vätgas framställs ur vatten med hjälp av solenergi.

Förutom att metallen inte skulle räcka på sikt, är brytningen av en av världens dyraste metaller förenad med risker för miljö och hälsa. Produktionen är dessutom koncentrerad till ett fåtal länder, som Sydafrika och Ryssland.

Bättre prestanda utan platina

I en ny studie, som publicerats i den ansedda tidskriften Advanced Materials, visar forskarna hur vätgas från solenergi kan framställas på ett effektivt sätt helt utan platina. Jingwen Pan från Jiefang Zhus forskargrupp vid Institutionen för kemi – Ångström, Uppsala universitet, är delad försteförfattare till studien.

– Under den inledande undersökningsfasen undersökte Jingwen prestandan hos den plastbaserade fotokatalysatorn som utvecklats vid Chalmers, säger Jiefang Zhu. När två varianter jämfördes upptäcktes att den utan tillsatt platina faktiskt var bättre. Den här oväntade upptäckten gav oss nya idéer om hur materialet egentligen fungerar och hjälpte oss att formulera både innovationen och den föreslagna reaktionsmekanismen i artikeln.

Avancerad materialdesign

Arbetet för att lösa knäckfrågan med platinan har pågått under flera år i professor Ergang Wangs forskargrupp på Chalmers. Hemligheten bakom den nya tekniken är avancerad materialdesign av den elektriskt ledande plast som används i produktionen. Plasten, som går under samlingsnamnet konjugerade polymerer, tar upp ljus mycket effektivt, men fungerar sämre i vatten. Genom att justera materialegenskaperna på molekylnivå har forskarna gett plasten mer vattenvänliga egenskaper.

– Vi har också utvecklat ett sätt att skapa minimala partiklar, nanopartiklar, av plasten som samspelar bättre med vatten så att den kemiska processen blir effektiv. Genom att partiklarna inte binder så hårt till varandra förbättras förutsättningarna för vätgasproduktionen, säger Chalmersforskaren Alexandre Holmes, delad försteförfattare till studien.

Vätgasprocess utan hjälpkemikalier nästa steg

Nästa stora steg för Ergang Wangs forskargrupp är att få vätgasprocessen att fungera helt utan hjälpkemikalier. Idag använder de den välkända antioxidanten vitamin C för att den kemiska processen inte ska stanna av. Vitaminen gör vätgasproduktionen effektiv, men problemet är att den är dyr.

– Att vi nu kan ta bort platina ur systemet är ett genombrott för hållbar vätgasproduktion. Nästa steg är att utveckla material som klarar fullständig vattenspjälkning utan tillsatser, med endast solljus som energikälla. Det arbetet kommer att ta några år, men vi tror att vi är på rätt väg, säger forskningsledaren Ergang Wang, professor vid institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers.

Forskarteamets resultat ger viktiga riktlinjer för hur framtidens solväteteknik kan designas, enligt Jiefang Zhu.

– Dessa framsteg innebär att hållbar, metallfri vätgasproduktion tagit ett betydande steg närmare praktisk tillämpning.

Anneli Björkman