Gå til indhold
Du er her: Forside Blogs Silicon Valley Fra sol til energi i Sunny California

Fra sol til energi i Sunny California

Indlæg af Jakob Kibsgaard, PhD, Stanford University: En række af de største udfordringer verden står over for i dag er relateret til energi. Hvordan kan behovene i en stadig mere energihungrende verdens dækkes?

25. november 2009

Hvordan påvirker vores udledning af CO2 klimaet? Hvor lang tid rækker vores resurser af fossile brændstoffer, og kan vi på sigt erstatte fossile brændstoffer med vedvarende energi?

Måske er en kort introduktion af mig selv på sin rette plads her. Mit navn er Jakob Kibsgaard, og jeg er PhD fra Aarhus Universitet i fysik og nanoscience. Jeg forsvarede min afhandling, der omhandlede Skanning Tunnel Mikroskopi (STM) studier af den MoS2-baserede afsvovling katalysator, i efteråret 2008, og fra og med januar 2009 startede jeg på en 2-årig post doc på Stanford Universitet i Californien sponsoreret af Villum Kann Rasmussen Fonden.

Stanford Universitet

På Stanford er jeg en del af professor Thomas (Tom) Jaramillos gruppe, der som helt overordnet mål har at udnytte solen som en vedvarende energikilde. Valget faldt på Stanford, idet jeg i forbindelse med en konference i Californien sommeren 2008 besøgte Toms gruppe. Jeg var i forvejen bekendt med Toms tidligere arbejde fra DTU, hvor han var post doc under professor Ib Chorkendorff, og under mit besøg blev jeg fascineret af både Stanford og i de potentielle perspektiver af forskningen i Toms gruppe.

Solenergi

Her i det solbeskinnede Californien virker solenergi som fremtidig energikilde måske også mere plausibel end i Danmark, men en ting er dog ubestrideligt, nemlig at solen er vores ultimative energikilde. På blot en enkelt time leverer solen energi nok til at dække verdens energibehov for et helt år. Det virker derfor umiddelbart utroligt tillokkende at finde en omkostningseffektiv måde at udnytte solenergi på.

Grafik der viser fotoelektrokemisk system
Model af et fotoelektrokemisk system til at konvertere sollys til brændstoffer, såsom brint eller metanol. Sollys absorberes af halvledermaterialet i bunden, hvorefter den derved skabte ladning direkte driver en ønsket kemisk reaktion, såsom splitning af vand eller reduktion af CO2.

Model af et fotoelektrokemisk system til at konvertere sollys til brændstoffer, såsom brint eller metanol. Sollys absorberes af halvledermaterialet i bunden, hvorefter den derved skabte ladning direkte driver en ønsket kemisk reaktion, såsom splitning af vand eller reduktion af CO2. Der er dog en række tekniske vanskeligheder ved at udnytte solens energi i stor skala. En af udfordringerne ved solenergi er, at det er en både vejr-, døgn- og årstidsafhængig energikilde i lighed med eksempelvis vindenergi. Det betyder, at det er vanskeligt at sikre en tilstrækkelig og pålidelig energiforsyning, hvilket er et krav, hvis solenergi i fremtiden skal erstatte fossile brændstoffer. En måde at sikre en stabil forsyning kunne være, at omdanne solenergien til kemisk energi, dvs. et brændstof som eksempelvis brint eller metanol. Således vil energien kunne lagres, så den er til rådighed, når der er brug for den, og tilmed vil den være flytbar.

Fotoelektrokemi

Solens lys kan f.eks. omdannes til brint ved at koble fotovoltaik til elektrolyse af vand, men prisen for et sådant tokomponent system er i dag for høj til at kunne konkurrere på stor skala. En lignende, men mere direkte tilgang, er at kombinere begge teknologier i en enkelt monolitisk fotoelektrokemisk enhed: en halvleder (eller kombination af halvledere), der kan absorbere fotoner fra solen, og hvis overflade er optimeret til eksempelvis reduktion af vand. På den måde vil den ladning, der dannes ved absorption af solens lys, blive brugt direkte til at drive en ønsket kemisk reaktion, såsom splitning af vand eller reduktion af CO2.

Forskere i laboratorium
Opstilling til fotoelektrokemisk karakterisering af materialer. Front: Professor Thomas Jaramillo og Zhebo Chen, Bagerst: Blaise Pinaud og Jakob Kibsgaard.
I Jaramillo-gruppen arbejder vi med at skræddersy kritiske halvledere og elektrokatalytiske materiale egenskaber ved nanostrukturering, hvilket muliggør helt nye materialeegenskaber inden for fotoelektrokemisk omdannelse af sollys til brændstof. Jagten på nye elektrokatalytiske materialer forgår bla. i samarbejde med professor Jens Nørskovs gruppe på DTU, der er en af verdens førende inden for teoretiske forudsigelser af materialer med gode katalytiske egenskaber. Til dato er der ikke et fotoelektrokemisk materiale, der opfylder alle krav til at kunne konkurrere på stor skala med fossile brændstoffer. Udfordringerne i jagten på et konkurrencedygtigt materiale er stadig mange og store, men omvendt er perspektiverne helt enorme, hvis et sådant materiale findes.

Kommentarer

Tilføj kommentar

Du kan tilføje en kommentar ved at udfylde formularen nedenfor. Ren tekst-formattering.

Spørgsmål: Hvad er 4 + 4 ?
Dit svar:
Senest opdateret 09. september 2015