Joachim Rode

Han stiller skarpt på en lille celle med stor betydning

tirsdag 21 sep 21
|
af Marianne Vang Ryde

Kontakt

Søren Bredmose Simonsen
Seniorforsker
DTU Energi
20 12 06 11

Hvad er en elektrolysecelle?

En elektrolysecelle bruger elektricitet til at spalte f.eks. vandmolekyler (H2O) til brint (H2) og ilt (O2). Derved bliver den elektriske energi omdannet til kemisk energi bundet i brintmolekylerne.

Cellen består af tre lag, en anode og en katode adskilt af en elektrolyt. Elektrolytten består af et stof, der ikke tillader gasmolekyler at passere, men kun helt specifikke ioner (dvs. atomer med et overskud eller underskud af elektroner). En keramisk elektrolysecelle (Solid Oxide Electrolysis Cell – SOEC) arbejder ved høj temperatur (700-1.000 °C) og får dermed meget høj virkningsgrad. De to elektrolyseprodukter brint og ilt dannes på hver side af cellen. 

Brinten kan lagres og derefter i en brændselscelle igen omdannes til elektricitet, når behovet opstår. Men man kan også elektrolysere kuldioxid (CO2) til kulilte (CO) med en SOEC-celle. Gør man det sammen med vand, får man en blanding af brint og CO som produkt. Denne blanding går under navnet syntesegas, og den er udgangspunkt for en lang række synteser af kulbrinter, der kan raffineres til flydende transportbrændsler. 

KILDE: DTU ENERGI 

Soapbubble.dk

Læs mere om sæbebobler på hjemmesiden Soapbubble.dk, der er lavet af en lille forening af sæbebobleentusiaster, som Søren Bredmose Simonsen er medlem af.
Søren Bredmose Simonsen tog en bachelor i filosofi, inden han kastede sig over fysikstudiet. Det førte til arbejde med katalyse, og nu er han i gang med at udvikle en ny metode til at nærstudere elektrolyseceller. Celler, der har en vigtig rolle i den grønne omstilling. Desuden ved han alt om sæbebobler.  

Rundtom i verden arbejdes der på højtryk med at få elektrolyse til at fungere i stor skala. Med elektrolyseceller kan man nemlig lave bæredygtige brændsler ved hjælp af strøm fra vindmøller eller solceller; såkaldt Power-to-X. Seniorforsker Søren Bredmose Simonsen går den anden vej og ned i den mindst tænkelige skala for at blive klogere på, hvad der sker inde i en elektrolysecelle, mens den kører. For som alt andet bliver cellerne slidt under brug – man siger, de degraderer. Spørgsmålet er bare, hvordan det sker, og om man måske kunne få dem til at holde længere ved at ændre på forholdene eller måden, de køres på.

"Jeg har altid syntes, det var interessant at undersøge, om vi har mulighed for at mene noget kvalificeret. Alle meninger er lige velkomne, men er de så også lige rigtige?"
Søren Bredmose Simonsen, seniorforsker, DTU Energi

Hidtil har man studeret processen ved at tage små stykker af degraderede celler, nærstudere dem i et elektronmikroskop og derefter analysere sig frem til, hvad der gik galt. Men Søren Bredmose Simonsen vil gå et skridt videre og se på cellerne, mens de arbejder. Og for et år siden fik han et ERC Starting Grant på 1,5 mio. euro fra Det Europæiske Forskningsråd til at udvikle sin idé. 

Håndlavede nanoceller

Man kan ikke bare lægge en elektrolysecelle i elektronmikroskopet, sætte strøm til den og se, hvad der sker. Cellen skal først og fremmest være fantastisk lille og tynd, for at elektronerne fra mikroskopet kan trænge igennem den. Normale celler er en halv millimeter tykke, men her må de ikke være mere end 100 nanometer, det vil sige en tusindedel af et hårs bredde. 

Søren og hans team bygger selv de ubegribeligt små celler i et rent og støvfrit vakuumkammer. Med en laser skyder de atomer på et substrat, så cellen får de nødvendige tre lag: en elektrolyt, hvor kun ioner kan ledes igennem, omgivet af to elektroder, der tager sig af henholdsvis brint og ilt. Cellen sættes fast på en lille chip med et varmelegeme, der kan varme den op til 800 grader – og forsynes til sidst med elektroder, så der kan sættes strøm til.

Der stilles store krav til cellerne; men lige så vigtigt er det at have adgang til et såkaldt Environmental Transmission-elektronmikroskop (E-TEM), der gør det muligt at undersøge materialer helt ned til det atomare niveau, samtidig med at der er en reaktiv gas til stede, f.eks. den vanddamp, som elektrolysecellen skal splitte i brint og ilt. 

Det avancerede udstyr findes i DTU Nanolab, og Søren er ekspert i at bruge det.

Fysiker med filosofiske bagtanker

Det var ellers ikke noget, der lå lige i forlængelse af hans uddannelse. Han startede nemlig et helt andet sted – med at læse filosofi – bl.a. fordi han tumlede med tanker om, hvorvidt der findes en objektiv sandhed.

”Jeg har altid syntes, det var interessant at undersøge, om vi har mulighed for at mene noget kvalificeret. Alle meninger er lige velkomne, men er de så også lige rigtige? Findes der gode argumenter eller bare argumenter? Det var bl.a. sådanne spørgsmål, jeg ville prøve at finde svar på,” fortæller Søren.

Efter bacheloren fortsatte han over i fysik, et fag, hvor sandheden måske er lettere at få øje på. Man kan i hvert fald som regel blive enige om, hvad en objektiv måling er. At det så lige blev sandheden om elektrolysecellers virkning, han gav sig i kast med at finde, må siges at bero på en tilfældighed. 

Da han nærmede sig tiden, hvor han skulle skrive speciale på fysik, havde han lyst til at arbejde med noget, som kunne bruges uden for universitetet. Han skrev til flere virksomheder, om de havde et projekt, han kunne kaste sig over, og det havde Haldor Topsøe, som arbejder med katalyse og procesteknologi, bl.a. elektrolyse. 

”De ville gerne have mig til at lave noget elektronmikroskopi. Det vidste jeg ikke noget som helst om, men det forventede de heller ikke,” lyder det lidt overraskende fra Søren. 

Han kom også hurtigt efter det og endte med at blive så glad for arbejdet, at han fortsatte med en erhvervs-ph.d. samme sted. Dermed var vejen banet til en forskerstilling i stedet for den gymnasielærergerning, han oprindelig havde set for sig.

Sæbebobler med fysik, geometri og matematik

Formidlingen har han dog ikke lagt helt på hylden. Som forsker på DTU underviser han selvfølgelig, men han kan også bestilles til at holde foredrag om sæbebobler. Dem er han nemlig ekspert i, og han har skrevet en bog om sæbebobler for Experimentarium. Han kan mange spektakulære tricks, men han vil allerhelst fortælle historier om boblerne og deres form, farver og fysik.

”Jeg fortalte f.eks. om sæbebobler og arkitektur ved et møde i Dansk Arkitektur Center. Der er faktisk en del bygninger, som er inspireret af sæbe ­ boblers former, bl.a. Spreckelsens triumfbue i Paris. Fold en kube i ståltråd, og dyp den i sæbevand halv ­ anden gang, så har du formen,” fortæller han. 

De fleste har nok oplevet sæbebobler som noget af det mest skrøbelige. Søren kan også afsløre, at deres hinder er så tynde, at der skal 100 oven på hinanden, før de har samme tykkelse som et stykke papir. Og det svarer nogenlunde til størrelsen af de nano -elektrolyseceller, han arbejder med til daglig. Cellerne vil dog aldrig kunne komme med i et show; de kan jo hverken ses eller håndteres uden for laboratoriet. Men begge dele kan beskrives med fysiske og matematiske begreber, og det er netop det, Søren holder af at gøre. 

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.