Green hydrogen production

For å realisere bærekraftig hydrogenøkonomi er det viktig å redusere kostnader knyttet til grønt hydrogenproduksjon. I denne sammenheng er saltvann- eller sjøvannelektrolyse meget attraktivt, først og fremst fordi det kan gjøre grønt hydrogen mer skalerbart og praktisk i kyst- og offshoreområder. Dette forutsetter at man håndterer utfordringene knyttet til sjøvannelektrolyse som klorproduksjon, korrosjon og materialnedbrytning, utfelling osv. Mange industrielle konsepter ender med å bruke forbehandling eller avsalting for å unngå disse problemene. Dette øker energibruk, kompleksitet, investeringskostnad og driftskostnad.  

Det å kombinere solenergi og nanomaterialer for å produsere hydrogen, såkalt fotokatalytisk vannspaltning, er en lovende metode for å takle utfordringene med saltvannelektrolyse, men de fleste fotokatalytiske studier er basert på systemer med rent vann. For å realisere hydrogenproduksjon i sjøvann, trenger man materialer som fanger sollys mer effektivt og utnytter ladningene for vannspaltning uten å produsere klor.

Shanmugaratnam har syntetisert og testet kompositt av en rekke innskudds-metall baserte sulfider (TMC) sammen med Titandioksid (TiO₂). Disse komposittene viser seg å ha fleksible nanostrukturer, gunstige overflateegenskaper og interessante kvanteeffekter – alt dette gjør dem godt egnet til å forbedre fotokatalytiske prosesser. Materialene ble testet både i deionisert vann, simulert sjøvann og naturlig sjøvann. Et kompositt basert på Titandioksid med 10 % Nikkeldisulfid (NiS₂) produserte mest hydrogen sammenliknet med en rekke andre TMC/TiO₂ kompositter. Komposittet viste høy ytelse i både simulert og naturlig sjøvann. Shanmugaratnam testet også materialene i større skala ved å legge dem på ledende glassplater, og undersøkte i tillegg nye kombinasjoner basert på Strontiumtitanat SrTiO₃.

Studien viser at en rekke TMC nanomaterialer gir betydelig bedre egenskaper, og kompositter basert på TMC materialer og Titandioksid viser stort potensial for å produsere grønt hydrogen med sollys i både ferskvann og saltvann.

Personalia

Sivagowri Shanmugaratnam fullfører sin doktorgrad i materialvitenskap ved UiB, med fokus på grønn hydrogenproduksjon ved bruk av fotokatalytiske materialer. Hun ble veiledet av Dhayalan Velauthapillai (Høgskulen på Vestlandet), Øyvind Frette (UiB), Shivatharsiny Yohi (University of Jaffna) og Punniamoorthy Ravirajan (University of Jaffna). Hun har en Master of Philosophy i kjemi fra University of Jaffna, Sri Lanka.