Biomimetik ger förnybar energi

Solmodul. Målet är nya sorters solpaneler som producerar bränsle direkt, i första hand vätgas. Bild: Infini Lab/EPFL

El från sol-, vind- och vattenkraft, samt geoenergi och biobränsle från olika sorters biomassa är redan väletablerade. Men nya uppstickare, som artificiell fotosyntes, förväntas snart ge fossilenergin ytterligare konkurrens.

Förnybar energi har hittills i hög grad handlat om att generera el på andra sätt än genom att bränna kol, olja eller naturgas, eller att producera biobränsle ur olika sorters biomassa. Men spjutspetsforskningen inom förnybar energi i dag siktar på helt nya sätt att tillverka bränslen.

En uppstickare som rönt framgångar på senare tid är så kallad artificiell fotosyntes. I stället för att bryta ner biomassa och omvandla exempelvis spannmål till etanol producerar den konstgjorda fotosyntesen bränsle direkt i en kemisk process. Det gör att utbytet av solenergin blir avsevärt högre än i andra biobränslen. Den teoretiskt maximala verkningsgraden vid artificiell fotosyntes uppskattas till cirka 40 procent. I praktiken tror experterna att verkningsgraden kan landa runt 15 procent.

Efterapar gröna växter. ”Det fortsatta arbetet handlar om hur de konstgjorda löven ska skalas upp till fullt fungerande apparater”, säger Leif Hammarström.

Efterliknar biologi. I stora drag handlar artificiell fotosyntes om att härma de gröna växternas sätt att använda solljus för att omvandla koldioxid till kolhydrater (växtens ”bränsle”). Men i konstgjorda löv åtgår ingen energi till växtnäring utan kan användas helt och hållet för vår egen bränsleproduktion. Lyckas forskare och tekniker med sin utveckling är potentialen stor.

”Solinstrålningen mot jorden är enorm, även långt norrut. Många länder skulle kunna bli självförsörjande på solbränsle och helt bli av med sitt fossilbehov”, säger Leif Hammarström, professor i kemisk fysik vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala och en av de främsta svenska forskarna på området.

Bara i Sverige beräknas solinstrålningen vara 400 000 TWh per år, att jämföras med energibehovet som är cirka 400 TWh per år. Utmaningen är att hitta sätt att ta tillvara gratis­energin.

Supertunna löv ger alkohol. En viktig del i utvecklingen, som forskarna jobbar på högvarv med i laboratorierna, är att bygga konstgjorda löv som efterliknar växternas fotosyntes. I de konstgjorda löven används molekyler och material som härmar principerna hos naturlig fotosyntes. De artificiella löven fångar in solljus vars energi spjälkar vatten till syrgas och elektroner. Elektronerna driver sedan en kemisk process som mynnar ut i ett bränsle, exempelvis vätgas eller alkohol. En finess med löven är att de är enkla att tillverka av tunna lager av olika material.

”De konstgjorda löven är jätteviktiga att visa upp och det finns i dag cirka tio olika varianter. Det fortsatta arbetet handlar om hur löven ska skalas upp till fullt fungerande apparater”, säger Hammarström.

Målet är nya sorters solpaneler som producerar bränslet direkt. Än så länge är det vätgas som är enklast att tillverka. Vätgasen kan sedan användas på olika sätt – exempelvis brännas i stället för naturgas, eller för att driva bränsleceller i bilar eller fastigheter.

Forskning och utveckling satsas också på en förlängning av bränsleprocessen som i slutänden ger flytande bränslen som alkaner (kolväten som endast innehåller enkelbindningar), metanol eller etanol. Även andra produkter som bioplaster, läkemedel och gödning kan tillverkas med hjälp av artificiell fotosyntes.

Mycket tid och pengar inom utvecklingen av konstgjord fotosyntes läggs på att bygga teknik som är tillräckligt stabil och ger god utdelning av energi. Ett viktigt arbete är att utveckla så kallade molekylära katalysatorer som kan ”jonglera” med många elektroner och protoner på samma gång.

Marie Granmar text

Läs hela artikeln i papperstidningen eller i den finlandssvenska tidskriftsajten Skriftly!

1 comment

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *

*