Nyproduktion av bensin- och dieselbilar förbjuds inom EU år 2035. Elmotorer förutspås bli allt vanligare i fordon – men de passar inte alla typer av transporter.
– Personbilar kan ha ett batteri, men tunga lastbilar, fartyg eller flygplan kan inte ha ett batteri för att lagra energin. För dessa transportmedel behöver vi hitta rena och förnybara energikällor, och då är vätgas en bra kandidat, säger Jianwu Sun, universitetslektor vid Linköpings universitet, som har lett studien som publicerats i tidskriften Journal of the American Chemical Society.
LiU-forskarna arbetar med att utveckla material som kan användas till att framställa vätgas (H2) från vatten (H2O) genom att använda energin i solljus.
Fångar energin i solljus
Forskargruppen har tidigare visat att ett material som kallas kubisk kiselkarbid (3C-SiC) har gynnsamma egenskaper för att underlätta reaktionen där vattenmolekyler delas till vätgas och syrgas. Materialet kan effektivt fånga solljuset så att energin i ljuset kan användas till framställning av vätgas genom den fotokemiska reaktionen som klyver vatten.
I den aktuella studien har forskarna vidareutvecklat ett nytt kombinationsmaterial. Det nya materialet består av tre lager: ett lager kubisk kiselkarbid, ett lager koboltoxid och ett katalysatormaterial som hjälper till att spjälka vatten.
– Det är en mycket komplicerad struktur, så vårt fokus i den här studien har varit att förstå funktionen hos varje lager och hur det bidrar till att förbättra materialets egenskaper. Det nya materialet har åtta gånger bättre prestanda än ren kubisk kiselkarbid för att klyva vatten till vätgas, säger Jianwu Sun.
Klyver vatten mer effektivt
När materialet träffas av solljus uppstår elektriska laddningar, som sedan används till att klyva vatten. En utmaning vid utveckling av material för den här tillämpningen är att förhindra att de positiva och negativa laddningarna slås ihop igen och neutraliserar varandra. I studien visar forskarna att genom att kombinera ett lager kubisk kiselkarbid med de båda andra lagren får materialet, som benämns Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, bättre förmåga att separera laddningarna så att klyvningen av vatten blir mer effektiv.
I dag skiljer man på ”grå” och ”grön” vätgas. Nästan all vätgas som finns på marknaden är ”grå” vätgas som framställs från ett fossilt bränsle som kallas naturgas eller fossilgas. Vid produktionen av ett ton ”grå” vätgas släpps upp till tio ton koldioxid ut, vilket bidrar till växthuseffekten och klimatförändringarna. ”Grön” vätgas framställs med förnybar elektricitet som energikälla.
Verkningsgraden är utmaningen
LiU-forskarnas långsiktiga mål är att helt kunna använda energi från solen för att driva den fotokemiska reaktionen för att producera ”grön” vätgas.
De flesta material som är under utveckling i dag har en verkningsgrad mellan 1 och 3 procent, men för kommersialisering av den här gröna vätgasteknologin är målet 10 procents verkningsgrad. Att helt kunna driva reaktionen med solenergi skulle sänka kostnaden för att framställa ”grön” vätgas, jämfört med att driva produktionen med tillförd förnybar elektricitet med den teknik som används i dag. Jianwu Sun spekulerar att det kan ta runt fem till tio år för forskargruppen att utveckla material som når den eftertraktade 10-procentsgränsen.
Forskningen har finansierats med stöd av bland andra Stiftelsen för internationalisering av högre utbildning och forskning (STINT), Olle Engkvists stiftelse, Stiftelsen ÅForsk, Carl Tryggers stiftelse för vetenskaplig forskning och via den svenska regeringens strategiska forskningsområde inom avancerade funktionella materiel (AFM) vid Linköpings universitet.
Artikeln: Manipulating electron structure through dual-interface engineering of 3C-SiC photoanode for enhanced solar water splitting, Hui Zeng, Satoru Yoshioka, Weimin Wang et al., (2025), Journal of the American Chemical Society, publicerad online den 17 april 2025, doi: https://doi.org/10.1021/jacs.5c04005