Neutron-teknologi gav indsigt i elektrolyseceller

Den danske virksomhed Advanced Surface Plating, som er et datterselskab til Hydrogen Pro, optimerer elektrolyseceller til at lave grøn brint ved alkalisk elektrolyse. I den forbindelse var der behov for indsigt i de processer, der finder sted inden i elektrolysecellerne, og her gjorde man brug af neutron-teknologi med hjælp fra Teknologisk Instituts specialister i avanceret karakterisering.

Fremstilling af grøn brint er en essentiel teknologi i den grønne omstilling. Men med de løsninger, som findes i dag, vil det være dyrt og kræve rigtig mange råmaterialer og grøn vindmøllestrøm, hvis man skulle skaffe nok grøn brint til fx at producere stål eller lave brændstof til fly og containerskibe. Derfor skal vi bruge mere energieffektive løsninger til at lave den grønne brint, og det er netop det, virksomheden Advanced Surface Plating (ASP) arbejder på: At gøre elektrolyseceller til fremstilling af grøn brint mere effektive.

ASP er allerede kommet et godt stykke vej med optimeringen, og man har sparet rigtig mange procent af den strøm, der bruges til at lave grøn brint – faktisk nok til at spare en lang række havvindmølleparker på verdensplan, når den globale containerskibsfart skal overgå til at sejle på brændstof, der er lavet med Power-to-X.

Hvor dannes boblerne?

Der er dog stadig potentiale for yderligere optimering, og ASP vil i den forbindelse gerne have bedre indsigt i de processer, der sker inden i elektrolysecellen. Udfordringen er, at det foregår inde bag flere lag af metal i nogle elektroder, der er lavet af et metalskum. Det er her brinten dannes i form af bobler, som løber igennem cellen, og det er umuligt at se boblerne i vandet inde i elektrolysecellen.

Til gengæld har neutroner en unik evne til at se brintholdige materialer gennem andre materialer som fx metal.

Med neutroner er man i stand til at tage billeder og lave film af, hvad der sker inden i elektrolysecellerne – og se hvor boblerne bliver dannet, og deres flow gennem cellerne. På den måde kan man få et bedre indblik i, hvordan processen fungerer, og hvordan den kan optimeres

- Jonas Okkels Birk, Teknologisk Institut

Brobygning mellem industri og forskning

Teknologisk Instituts specialister inden for avanceret karakterisering har stor viden om netop neutron-målinger og samarbejder med en række forskningsfaciliteter verden over, hvor det er muligt at lave denne type målinger – derfor kan Teknologisk Institut bygge bro mellem industri og forskning.

I dette tilfælde samarbejdede ASP og Teknologisk Institut om et pilotprojekt gennem Energy Cluster Denmark, hvor man målte på et par af elektrolysecellerne under forskellige forhold. Helt konkret tog Teknologisk Institut og ASP elektrolysecellerne med til målingsfaciliteten. Det foregik på Paul Scherrer Instituttet i Schweiz - en avanceret forskningsfacilitet i milliardklassen, som der ikke findes tilsvarende af i Danmark. 

I processen har Teknologisk Institut kunnet bidrage med viden om, hvor man kan få lavet disse målinger, hvordan man planlægger målingerne i praksis, og hvordan man får målt på de rigtige ting – så man hjalp med at finde en facilitet og en løsning, der matchede de konkrete udfordringer, industrien står med Derudover hjalp Teknologisk Institut med selve målingerne og stod til rådighed i forbindelse med dataanalysen.

Pilotprojektet viste et stort potentiale ved neutron-målinger, og på baggrund af de indledende resultater er ASP allerede blevet klogere på, hvorhenne i cellerne brintboblerne dannes og om de løber planmæssigt gennem cellen eller bliver fanget i elektrodernes metalskum. Den viden har man allerede kunnet bruge til at optimere designet af elektrolysecellerne.

Videre samarbejde i Grand Solution projekt

Resultaterne var så lovende at ASP, Teknologisk Institut, HydrogenPro og Aarhus Universitet har søgt og fået bevilget et Grand Solutions projekt gennem Innovationsfonden.

I Grand Solution projektet bliver der lavet flere målinger, hvor effekten af fx elektroder med forskellig tykkelse, porestørrelse og specialbehandling udviklet af ASP undersøges.

Aarhus Universitet skal i den forbindelse lave nogle store computermodeller, som skal simulere og optimere processerne inde i elektrolysecellen. Her skal neutron-målingerne bruges til at verificere computermodellerne og komme med input til dem. Indtil nu har man nemlig primært brugt målinger af, hvor meget brint der kommer ud ved forskellige strømstyrker, som inputparameter til at validere de opbyggede computermodeller.

Det svarer lidt til, at man prøver at simulere en bilmotor ved at se på, hvor hurtigt bilen kører og vide, hvor meget man trykker på speederen - men man ved ikke rigtigt, hvad der sker inden i motoren. Med neutron-målingerne kan man – for nu at holde fast i sammenligningen - rent faktisk kigge ind under motorhjelmen og se, hvad der sker inde i motoren.

Så neutron-målingerne kan altså bruges til at bygge en bedre computermodel, som igen kan gøre det muligt at få endnu mere energieffektive elektrolyseceller.