nyheter

Tyst. Grön. Effektiv.

Drivs framtidens bil med el från poppelplantager?

Den elektriska framtidsbilen Think OX

Går våra bilar på poppel om 10-15 år?
Ja, en svensk forskargrupp har hittat en ny teknisk lösning som verkar lovande.
Den har mycket högre verkningsgrad och är mer miljövänligt än annan bioenergi:
Bränsleceller som drivs med "träsocker" från poppel.

Poppel slår sockerrör?

De flesta energibedömare är överens om att bränsleceller har framtiden för sig när det gäller energifrågan. Bränsleceller är miljövänliga och drivs med vätgas. Verkningsgraden är hög och utsläppen blir bara vatten och koldioxid.

Det finns bara några "små" problem kvar att lösa. Vätgas är explosivt och svårt att hantera eftersom det måste hållas under högt tryck. Dessutom är det dyrt att lagra och hantera än så länge.

Den svenska forskarkonsortiet BioMobil, under ledning av Tekn. Dr. Per Hultén gästforskare vid KTH och professor Pher G. Andersson, Uppsala Universitet, har dock funnit ett sätt att framställa vätgas ur skogsråvara, genom att istället lagra vätgasen som sockerderivat. Det betyder att brandfaran blir lika med noll och hanteringen blir extremt smidig då det rör sig om ett vanligt pulver som är vattenlösligt, ickeexplosivt och icke-giftigt.

Tv. Tekn dr. Per Hulten, gästforskare KTH. Th. Professor Pher G. Andersson, Uppsala Universitet. Bland övriga, ett drygt dussin forskare, i BioMobil-gruppen märks också professor Thomas Sandberg, professor Theo Verwijst och Tekn Dr Magnus Karlström.

Det stora problemet har hittills varit att omvandla cellulosa, hemicellulosa och lignin till socker. Och det är här det stora forskningsgenombrottet står att finna.

- Vi fann en metod som gör att det går att få ut mycket mer av råvaran än t ex vid etanolframställning, säger Per Hultén.

90 % till energi

- Gör man det här rätt kan mer än 90 procent av biomassan utnyttjas till energi. Samtidigt binder man koldioxid genom plantager på de 1 miljoner ha mark som idag ligger i träda i Sverige, fortsätter han.

Per Hultén som själv är arkitekt med inriktning på samhällsplanering gjorde på 90-talet sin avhandling på Tekniska högskolan (KTH) om resande och urbanism. Rio-konferensen hade just varit 1992 och klimatfrågan var ännu i sin linda, men började bli aktuell bland de insatta.

Detta gjorde att han följde problematiken med stort intresse och kom med i Mistras Bränslecellsprogram. Per Hultén började fråga sig hur bränslecellerna, som ju var mycket intressanta ur energisynvinkel, kunde drivas med skogsråvara, vilket finns gott om i den svenska naturen. 2006 tog han därför kontakt med Pher G Andersson som är professor i organisk kemi vid Uppsala universitet, där han arbetar med ytkemi. (Ytkemi är ett högaktuellt forskningsområde som gav prof. em. Gerhard Ertl Nobelpriset i kemi 2007.)

Bryta ned cellulosan

Tanken som tändes hos Pher G Andersson var då att finna ett sätt att ”bryta ned” cellulosa så att den kunde fungera som råvara till bränslecellerna. Eftersom glukos är en kolvätemolekyl och en byggsten i både cellulosa och stärkelse skulle det kunna vara möjligt att omvandla cellulosa, via socker, till väte för att driva bränslecellerna.

Exakt samtidigt kom helt nya banbrytande resultat från en forskargrupp i Japan under ledning av A. Fukuoka, som visade att metallkatalysatorer kan klyva cellulosa till glukos (= druvsocker) i en mycket ren process. Använd ningen av oorganiska katalysatorer som metaller är ett nytt sätt att lösa det gamla problemet med att bryta upp cellulosa. Därför har biobränsleforskningen kring cellulosa i Sverige hittills till stor del inriktats på att omvandla cellulosan till etanol genom biologisk enzymering, sk. grön katalys. Problemet är där att verkningsgraden blir låg och stor del av skogsråvaran kommer inte till användning.

De japanska forskarna Atsush Fukuoka och Paresh Dhepe från Hokkaido-universitetet, utvecklade istället två metallkatalysatorer vilket är effektivare än de enzymer som idag används för omvandling av cellulosa till alkohol.

Lägre temperatur vid katalys

Fukuoka och Dhepe använde platina och rutenium för att konvertera blandningen av cellulosa och vätgas till glukos vid ca 190 ° C. Glukosen reducerades till två sockeralkoholer sorbitol och mannitol som sedan kan användas för att göra drivmedel eller användas som råmaterial i olika kemiska föreningar.

Pher G Andersson avser nu att försöka genomföra katalysen vid ännu lägre temperatur än de japanska forskarna. Och här kan forskarna använda sig av långt billigare järnoxid och använda cellulosa direkt från träfibrer. Något som kan vara avgörande för kostnaderna vid framställningen.

I dagsläget är det i första hand poppel, asp och salix som man studerat för att hitta ett gott råmaterial för processerna. Poppel har flera fördelar. Den växer snabbt och blir fullvuxen efter 15 år även i vårt klimat. Den har en god cellulosastruktur för ändamålet, det är mycket ved och lite bark i träden jämfört med t ex salix och kan lätt odlas på avställda marker.

Resultaten av de svenska forskarnas upptäckter är att vi skulle kunna beskoga mark och därigenom skapa kolsänkor (=sätt att föra bort koldioxid ur atmosfären) samtidigt som vi får fram ett lätthanterligt, miljövänligt och effektivt biodrivmedel för transportindustrin.

Samhället anpassas på flera sätt

Men Per Hultén och hans forskargrupp har inte nöjt sig med att bara gripa sig an det konkreta problemet kring själva bränslecellerna, utan har också tittat på hur detta nya biobränsle faktiskt skulle kunna bidra till en positiv samhällsutveckling på fler sätt.

För det första blir trafiken både tyst och miljövänlig eftersom utsläppen inte är giftiga och fordonen drivs av tysta elmotorer. Mindre energi går åt eftersom såväl bränslecellerna som skapar elektriciteten och elmotorerna som driver fordonen har extremt hög verkningsgrad. Tankställena blir inte längre en miljöfara och kan dessutom ta hand om koldioxiden från bilarna samtidigt som de tankas med nytt ”drivmedel” till bränslecellerna.

För det andra kan råvaran till bränslecellerna produceras lokalt. Att processa cellulosa från poppel till "träsocker" kräver inte några gigantiska anläggningar a la kärnkraftverk. Transporter för att frakta olja, kol eller spån och pellets som idag körs kors och tvärs i Europa behövs inte i lika hög grad utan kan bli färre, kortare och lokala.

Bilar del i energiförsörjningen

För det tredje kan elfordonen som drivs med bränslecellerna kopplas in på elnät och värmeförsörjning när de inte används för transporter. Därigenom kan fordonsägarna lämna positiva bidrag till samhällets totala energiförsörjning.

För det fjärde kan sorbitol, manitol och xylitol från cellulosan bli byggstenar till allt det vi idag använder de fossila kolvätena från olja till, t ex plaster, läkemedel och andra produkter inom den kemisk tekniska industrin.

För det femte är poppel synnerligen effektiv som kolsänka eftersom en m2 poppelodling rymmer 20 kg rent kol, vilket ska jämföras med en luftpelare från marken ända ut till yttre atmosfären vilken bara rymmer 4 kg/m2. Dessutom binder poppelodlingen 4 kg kol per m2 i sitt rotsystem.

Hela systemet med trädodlingar, bränsleceller och uppsamling av koldioxid innebär inte bara att systemet blir koldioxidneutralt utan faktiskt sänker atmosfärens koldioxidbalans.

Nyligen träffade Per Hultén företrädare för den omtalade norska elbilen ”Th!nk” . Tanken är att kunna inleda ett samarbete mellan den redan färdiga produkten ”Th!nk” och den svenska forskningsgruppen. Det skulle kunna inom några år leda till att elbilarna får en lika obegränsad räckvidd som dagens bensin- och dieselbilar.

Dessutom kunde bränsleceller kombinerade med batterier, göra elbilarna lika effektiva i 20 minusgrader som dagens bilar. Det stora kravet på uppladdningsställen och batteriernas kapacitet har varit de stora stötestenarna för elbilsteknikens genomslag hittills.

Billig lösning för U-länder

- Sedan vill jag faktiskt också lyfta fram möjligheterna för den här teknologin när det gäller utvecklingsländernas energiförsörjning, säger Per Hultén med sitt starka samhällsengagemang och fokus på samhällsplanering.

- Detta öppnar fantastiska möjligheter för utvecklingsländerna att själva kunna lösa sina energibehov. Det krävs inte några storskaliga anläggningar.

- Byar i t ex Afrika kan odla lämpliga trädslag. Marken skyddas därigenom mot både vattenavdunstning och erosion. Bättre betingelser skapas på så sätt även för att odla mat. Träden kan användas som råvara i bränsleceller som driver ett lokalt by-fordon som kan användas för transporter av människor och varor till och från byn. När det inte används för transporter fungerar fordonet som elgenerator och producerar ström till kylskåp och spisar.

Tidsplanen då, hur ser den ut?

Bedömningarna varierar, men många tror att vi står inför ett genomslag för bränsleceller inom fem till tio år. I detta fall handlar det om bränsleceller, men de ska drivas med träsocker. Där finns en vit fläck inom kunnandet än så länge.

Nu återstår bara att se om BioMobil kan lyckas få forskningspengar från stat och andra finansiärer.

För utan pengar - inga resultat...

Fakta bränsleceller:

Bränsleceller omvandlar kemisk energi till elektrisk energi utan att förlora mycket verkningsgrad, vilket är fallet i de vanliga förbränningsmotorer som sitter i dagens bilar. En förbränningsmotor har ca 20% energieffektivitet medan bränsleceller når upp till det trefaldiga.

Bränslecellen kan liknas vid ett batteri som kan ”tankas” med ett bränsle. Det vanligaste drivmedlet är vätgas, som är det som enklast kan sönderdelas elektrokemiskt.

I vissa typer av bränslecellsystem använder man en så kallad reformer som omvandlar ett kolvätebaserat bränsle, exempelvis naturgas, metanol eller DME (DiMetylEter) till vätgas och koldioxid.

Av Mikael Falk
falk.micke@gmail.com

Till toppen

Vidare i SkogsVärden