Nu kan vi suga väte ur tomma luften
Väte kan driva avgasfria bilar och värma upp hem, men det är svårt att framställa. Nu suger forskare ut gasen direkt ur luften med en enkel, ny maskin. Genombrottet öppnar dörren till en ny era med väte som bränsle.
På ett bord i ett laboratorium snurrar ett litet vindkraftverk runt.
Elen från vindkraftverket leds genom en svamp ned i ett litet vattenbad bredvid den säregna maskinen, där det börjar bubbla.
Bubblorna består av väte och därmed är maskinen inget mindre än en sensation – för vätet extraheras bokstavligt talat ur tomma luften.
Väte väntas få en nyckelroll som grönt bränsle, men hittills har gasen utvunnits ur vatten, vilket är en långsam och dyr affär.
Allt kommer att förändras om den banbrytande uppfinningen kan bevisa sitt värde även utanför laboratoriet.
Metoden kan nämligen i framtiden göra det möjligt att utvinna väte var som helst på jorden, även i de torraste och mest svårtillgängliga regionerna.
Men möjligheterna tar inte slut där. Den förvånansvärt enkla maskinen kan även bli nyckeln till produktionen av väte i rymden.
Väte ger grön förbränning
Väte har utnämnts till en viktig roll i den globala gröna omställningen, därför att gasen är både ren och proppfull med energi som kan användas till allt från att värma upp hus till att driva fram bilar på vägarna.
Vätebilen Toyota Mirai lyckades 2021 att sätta världsrekord genom att köra 1 360 kilometer med bara 5,7 kilo väte i tanken utan påfyllning på vägen.
Väte kan också bli det bränsle som driver framtidens stora fartyg.
Fartyget Energy Observer drivs av väte som produceras med hjälp av el från solceller på däck.
Dessutom är väte koldioxidneutralt.
"Avgaserna" i samband med att vätet förbränns blir alltså helt vanlig vattenånga.
Väte finns överallt
Trots att väte är det vanligaste ämnet i universum, förekommer det sällan i sin rena form här på jorden. Ämnet är i regel bundet till andra grundämnen i större molekyler, exempelvis vatten, som består av väte och syre – H2O.
Det finns som tur är massor av vatten på jorden, som vi kan hämta väte från, men flytande vatten kan inte användas problemfritt.
97 procent av jordens vatten är saltvatten och salt stör processen som delar upp elektriciteten i sina beståndsdelar – elektrolys.
När kloridjonerna i saltet binder sig till den ena elektroden i en elektrolysapparat, bryter de gradvis ned elektroden genom en process kallad korrosion.
Därför är experter i färd med att utveckla alternativa metoder. En forskargrupp i Australien har exempelvis fått en smart idé: Vi använder luften som finns runt oss.
Även torr luft innehåller vatten
Hav, floder och sjöar är faktiskt inte de enda vattenkällorna som finns. En ofta förbisedd, enorm vattenreservoar finns överallt omkring oss: Luften.
Jordens luft innehåller alltid omkring 12 900 miljarder ton vatten och det hänger inte bara i luften i jordens kalla och våra områden. Även i ett ökenområde som Sahelregionen i Nordafrika ligger den relativa luftfuktigheten på omkring 20 procent.
Och eftersom luften innehåller stora mängder vatten innehåller den även stora mängder väte – vi behöver bara hitta en metod att utvinna gasen.
Jordens luft döljer enorma mängder väte
Atmosfären innehåller vatten även i jordens torraste regioner. Vattnet i luften är en möjlig källa till väte så länge energin som krävs för att utvinna gasen kan framställas. Många av de torraste regionerna har samtidigt den största sol- och vindenergipotentialen (röda områden). I de torraste områdena kan vi alltså potentiellt utvinna mest väte med hjälp av hållbar energi.
Det var denna grundtanke som fick en grupp forskare vid Melbournes universitet att satsa på att ta fram en ny utvinningsapparat.
De föresatte sig att skapa en maskin som kan ställas upp mitt i öknen och producera väte.
Spjälkar vatten med grön el
Om vi ska utvinna väte mitt i öknen måste vi först suga ut vattnet ur luften och dela upp vattnet, så att vi får väte (H2) och syre (O2) var för sig.
Det sker vanligtvis genom en process i vilken el "extraherar" vattenmolekylerna från varandra – elektrolys.
Elektrolys kräver drar normalt mycket energi och fram till nu har väte främst framställts med hjälp av naturgas och kol – med stora koldioxidutsläpp till följd.
Men Melbourne-forskarna har tagit sig an elektrolysen ur en helt annan vinkel. Deras försöksmaskineri använder ett vindkraftverk med bara 25 centimeters vingspann, som är kopplat till en svamp som innehåller svavelsyra som kontinuerligt suger upp vatten ur den omgivande luften.
Den en som vindkraftverket skapar används till elektrolysen, som får väte och syre att röra sig mot var sin elektrod i det lilla kretsloppet.
Det resulterar i vätebubblor som strömmar ut i ett litet vattenbad.
Svavelsvamp i vätemaskinens hjärta
1. Svamp fångar in vattenånga ur luften
Svampen är mycket porös och har därför en stor inre yta där vattnet kan absorberas. Den är fuktad med svavelsyra (H2SO4), som binder vattenmolekyler från luften och sedan hjälper till att dela upp dem.
2. Vindkraftverken tillsätter el
Ett vindkraftverk är kopplat till apparatens positiva och negativa elektroder, som omger en svamp som suger upp vatten från luften. El från vindkraftverket i form av elektroner med negativ laddning flyger runt i kretsen via svampen.
3. El delar upp vatten i väte och syre
De positivt laddade vätejonerna (H+) vandrar mot den negativt laddade elektroden överst, går ihop och bildar vanliga vätemolekyler (H2). Under tiden attraheras syrejonerna (O2-) i vattnet av den nedersta elektroden som är positivt laddad.
Forskarna bakom vätemaskinen lyckades få apparaten att producera väte med en relativ luftfuktighet på bara fyra procent och vilket medför att processen kan fungera även i världens torraste regioner.
Forskarna i Melbourne säger därför att deras uppfinning kan hjälpa till med en klimatvänlig omställning av energiframställningen i hela världen, även i exempelvis ökenområden.
Vindkraftverk skapar vätebubblor
Forskare vid Melbournes universitet har visat att deras apparat kan framställa väte antingen med hjälp av el från ett vindkraftverk som i den här videon eller med hjälp av el från solceller.
Under ett försök framställde en prototyp av vätemaskinen cirka 745 liter väte om dagen. Det är enligt forskarna tillräckligt mycket väte för att täcka ett hushålls dagliga energibehov.
Men det är inte bara här på jorden som den nya apparaten kan komma till användning. Väte och syre har i många år använts i raketer, och apparaten kan därmed även användas till att framställa raketbränsle.
Maskinen kan till och med fungera på andra planeter – så länge det finns antingen vind eller solljus att utnyttja.
På en avlägsen planet i atmosfären – det finns exempelvis i små mängder på Mars – kommer vätemaskinen därför att i princip kunna tanka de bemannade rymdfarkosterna som landar på planeten.
En liten försöksuppsättning med ett grönt vindkraftverk och en svamp kan alltså till slut visa sig vara avgörande för att astronauterna ska kunna lösa in returbiljetten till jorden.