Jesper Schwarz, Aleksandra Ilic och Kenneth Wärnmark visar upp sitt röda järnkomplex inuti en vätgasballong framför en ljusreaktor. På bilden saknas Reiner Lomoth och Catherine Johnson från Uppsala universitet. Foto: Johan Joelsson

En forskargrupp vid Lunds universitet har lyckats skapa ett vätgasproducerande system med ett järnkomplex som ljusabsorberande färgämne. Den nya upptäckten kan bli en viktig pusselbit för storskalig och miljövänlig vätgasproduktion i framtiden.

Vätgas är en mycket effektiv energibärare som kan användas för att transportera, lagra och tillhandahålla energi. Gasen, som består av två väteatomer, kan produceras av många sorters energikällor. Problemet med dagens produktion är att cirka 95 procent skapas av fossila bränslen, som exempelvis naturgas, vilket bidrar till stora utsläpp av koldioxid. Alternativa tillverkningsmetoder är under utveckling, speciellt sådana som handlar om att sönderdela vatten, processer som dock kräver stora mängder elektricitet.

I en ny studie, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Chemical Communications, har ett forskarlag i Lund lyckats hitta en metod som kan möjliggöra fossilfri framställning av vätgas i stor skala.

– Vi har för första gången lyckats använda ett järnkomplex som ljusabsorberande färgämne åt en vätgasproducerande katalysator. Lösningen var att excitera en elektron med hjälp av ett järnkomplex och ljus, säger Kenneth Wärnmark, kemiforskare vid Lunds universitet i en kommentar.

Tidigare har så kallade fotokatalytiska vätgassystem fungerat bäst om ljusinfångaren har varit en ädelmetall så som rutenium eller iridium, metaller som är både sällsynta och dyra. Att en basmetall som järn effektivt kan användas som ljusinfångare kom inte som en total överraskning för forskargruppen som tidigare har använt liknande järnkomplex som ljusinfångare i solceller.

– I järnfallet produceras vätgasen långsammare jämfört med ruteniumfallet, men den järnbaserade ljusinfångaren är stabil under en längre tid och producerar i det långa loppet mer vätgas, säger Kenneth Wärnmark.

Vätgas skulle kunna användas i förbränningsmotorer och då endast producera vatten som avgas. Redan nu används gasen i bränsleceller för att framställa elektricitet som bland annat kan driva elbilar. Nyligen har man kunnat visa att vätgas kan användas i stålframställning i stället för koks. Det innebär att tio procent av Sveriges koldioxidutsläpp hade kunnat försvinna om vätgasen framställs fossilfritt. Lundaforskarna, som nyligen ansökt om patent på sin upptäckt, hoppas på sikt kunna använda den nya lösningen för att producera vätgas för att driva bränsleceller som kan ersätta otympliga batterier i större fordon så som flygplan och båtar.

– Att knyta vätgasframställningen till en fotokatalysator baserat på rikligt förekommande metaller så som järn innebär att vi i framtiden skulle kunna producera vätgas billigt och i stor mängd helt fossilfritt med solljus som enda energikälla. Det kommer att behövas för att nå det fossilfria samhället, säger Kenneth Wärnmark.

Fakta
Studien, som genomförts i samarbete med Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet, publiceras i tidskriften Chemical Communications: ”High Turnover Photocatalytic Hydrogen Formation with an Fe(III) N-Heterocyclic Carbene Photosensitiser”