Projektanslag

Artificiell fotosyntes framtidens energi?

Fotosyntesen är naturens sinnrika mekanism för att fånga upp solljus och omvandla den till kemisk energi. Forskare vid Kungl. Tekniska högskolan och Stockholms universitet vill imitera detta på konstgjord väg för att tillverka vätgas, något som skulle kunna bli lösningen på framtidens energiproblem.

Persone med skyddsglasögen tittar på en laboration

I dag är människan beroende av fossila bränslen som olja, kol och gas. Men alla inser att det är ändliga energislag, som dessutom riskerar att bli dyrare i takt med ökande efterfrågan på el och bränsle och svåråtkomligare fyndigheter när nuvarande oljekällor och kolgruvor sinar.

Effektivare solceller

Alternativa energislag som biomassa, biogas, vind och vatten förmår inte att täcka världens behov. Drömmen har därför sedan årtionden varit att effektivt kunna utnyttja solens energi. Det är en outtömlig energikälla. Ständigt strålar det in motsvarande 10 000 gånger jordens hela energiförbrukning från solen.

– Den tekniska lösningen som vi nu håller på att komma ganska nära går via biomimetik, att kopiera funktioner som redan finns i naturen, säger Licheng Sun, professor i molekylärelektronik vid KTH.

Tillsammans med fem andra forskare ingår han i ett nätverk, ”The Swedish Network for Solar Cells and Solar Fuel”, som följer två forskningsspår. Det ena spåret syftar till att utveckla effektivare solceller som kan lagra mer energi. Solcellernas bristande kapacitet är i dag teknikens akilleshäl.

Låg verkningsgrad

Forskningen kring solceller fokuseras på Grätzelceller, den tredje generationens solceller. De är billigare att framställa än kiselceller och tunnfilmsceller, men har lägre verkningsgrad.

– Den dyraste komponenten är glas, så det är mycket billiga celler. Problemet är hur vi ska höja verkningsgraden. I laboratoriet kan man komma upp till 12 procent, men i industriell skala uppnår man högst 9 procent. Förhoppningen är att vi med en ökad förståelse av funktionen ska kunna effektivisera Grätzelcellerna ytterligare, säger Licheng Sun.

Måste skapa supermolekyl

Det andra spåret handlar om att på rent kemisk väg härma växternas fotosyntes, basen för allt liv på jorden, för att kunna tillverka vätgas av vatten och solljus. Forskarna behöver skapa en supermolekyl som kan spjälka vatten på samma sätt som sker inuti exempelvis ett vackert eklöv.

Den stora stötestenen när man försöker imitera fotosyntesen är att få fram katalysatorer, som kan oxidera vatten utan att oxidera sönder sig själva, berättar Björn Åkermark, professor emeritus vid Stockholms universitet.

Vision om ett vätgassamhälle

– Det är ett stort problem även i naturen. Klorofyllet förstörs kontinuerligt och måste byggas upp på nytt. Men vi har nu lyckats ta fram en effektiv katalysator som går runt 10 000 gånger innan den går sönder, vilket är rekord hittills. Visionen är ett vätgassamhälle där privatpersoner ska kunna ha en solbränsleanläggning hemma på taket, en glasplatta där vatten leds in som råvara och där vätgasen kommer ut på andra sidan.

– Man kan mycket väl tänka sig att ett villatak kommer att räcka för att försörja ett hus, men sedan krävs det också större anläggningar i soldränkta områden, exempelvis i Saharas öken, säger Björn Åkermark.

__________________________________________________________________________________

– Vägen ligger nu öppen för framställning av solceller, som kan producera vätgas från vatten med hjälp av solljus. Det finns stora chanser att inom en 20-årsperiod lösa problemet med omvandling av solenergi till bränsle. I USA pumpar man in pengar i denna forskning och även i Asien görs stora satsningar.
Tack vare stödet från Stiftelsen kan Sverige hålla jämna steg ochbidra med banbrytande upptäckter inom detta område.              

Björn Åkermark, professor em. Stockholms universitet och Licheng Sun, professor Kungl. Tekniska högskolan                                                                           

 

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström