Manglen på effektive materialer kan blive en stopklods for Power-to-X
Power-to-X er nøglen, der kan låse op for det gigantiske potentiale i grøn elektricitet. Med etableringen af fx energiøerne er det vigtigt at fokusere på, hvordan vi bedst får strømmen ud at arbejde. I lastbiler, færger, fly, den kemiske industri og mange andre steder, hvor meget store dele af vores CO2-udledning stammer fra.
Derfor har DTU i samarbejde med Aalborg Universitet og tre nationale og tre internationale universiteter etableret pionercenteret CAPeX med støtte fra fem danske fonde. CAPeX samler førende eksperter inden for Power-to-X fra både Danmark og udlandet. Pionercenteret skal sætte strøm til opfindelsen af nye og mere effektive og bæredygtige materialer til brug i Power-to-X-anlæg, som bliver fuldstændig afgørende for, at den grønne strøm fra de nye energiøer samt eksisterende vindmøller og solcelleparker for alvor kan integreres i samfundet.
Det er i dag ofte overset, hvor langt vi egentlig er fra at have de materialer og teknologier, der kan skaleres til at løse udfordringerne på global skala. Mange af de bedste materialer, som i dag bruges i elektrolyseanlæg er baseret på platinmetaller, som ikke tilnærmelsesvis findes i de mængder, der er behov for. Materialer som iridium, ruthenium og platin er ikke skalerbare til de globale udfordringer, vi står overfor i den grønne omstilling og derfor vil vi udvikle mere bæredygtige og skalerbare materialer. Det nytter ikke noget, at vi udvikler verdens bedste løsninger inden for Power-to-X, hvis de ikke kan skaleres, og hvis man kigger på de materialer og teknologier til bæredygtig produktion af brændstoffer og kemikalier, som vi arbejder med nu, så skal de mere end 1000-dobles for at have en global impact. Det vil sige, at der både skal være forskere, der kan udvikle nye og mere effektive og holdbare katalysatorer, men også nogen, der arbejder i industrien, der kan producere dem hurtigere og billigere, og på en helt anden skala, end man gør i dag.
Vigtigt at tænke globalt
Selv om vi i Danmark løste alle vores problemer lokalt og udbygger produktionen af den grønne strøm vi forbruger, så er det på globalt plan kun en meget lille del af hele den udfordring vi skal løse. Det er en stor opgave, der overstiger, hvad den enkelt forsker, det enkelt universitet eller endda enkelte land kan løse. Derfor er det nødvendigt at samle de førende eksperter inden for hele verden.
Derfor har vi i CAPeX et tæt samarbejde med Stanford University, University of Toronto og Utrecht University og det kan være med til for alvor at sætte skub i udviklingen. Her kan vi udnytte hinandens infrastruktur og unikke kompetencer på helt nye måder. Nogle af vores dygtige ph.d.’er og postdocs kan for eksempel lave programmer og algoritmer baseret på kunstig intelligens, der kan styre en synteserobot, der står i et andet laboratorie eller land, der kan lave og karakterisere nye materialer, som en gruppe fra et tredje land eller laboratorie kan analysere dataene på og benytte til at komme med nye forudsigelser som fx kan fremstilles et fjerde sted med en anden metode. Det gør at vi lige pludselig har et globalt laboratorie og et utal af teknikker og udstyr til rådighed, som du ikke har i noget laboratorie i verden.
Har ikke tid til at vente
Hvis vi skal nå vores 2030-mål om reducering af CO2-udledninger, så kan vi ikke vente 20 år på at udvikle nye materialer til den grønne omstilling. I dag skal traditionel materialeudvikling gennem mange tidskrævende procestrin fra én gruppe opdager et nyt materiale i laboratoriet, til en anden gruppe efterprøver det, mens en tredje gruppe skal finde ud af, om det kan opskaleres og en fjerde tester holdbarhed af systemerne. Af og til er der noget, der slår fejl undervejs, og man må starte forfra, så det kan være en langsommelig proces. Det har vi ikke tid til at vente på.
Derfor vil vi udvikle en ny kraftfuld materiale-accelerationsplatform, der kombinerer computersimuleringer, eksperimenter og synteserobotter i et lukket kredsløb ved hjælp af kunstig intelligens. Derudover laver vi bl.a. digitale tvillinger af de mest kritiske dele af processen, som er en virtuel simulering af de processer og materialer, der skal afprøves og udvikles. Ved at bruge computerbaserede simuleringer har vi ikke det normale tids- og ressourceforbrug til opstilling af test og kan dermed beskrive processer, der ellers vil tage lang tid samt afprøve mange forskellige typer materialer på en gang. Vi forventer, at det kan gøre det mellem fem og 10 gange hurtigere at udvikle nye materialer. Og det er nødvendigt, hvis Power-to-X-teknologierne skal nå at blive modne tids nok til at gøre effektiv brug af den grønne strøm, vi har tilgængelig i den nærmeste fremtid.
Fremtidens eksperter skal uddannes
Vi er i Danmark allerede godt positioneret inden for Power-to-X, men det er vigtigt, at vi ikke går i stå og her er uddannelse afgørende. Derfor er en af de vigtigste opgaver for CAPeX at uddanne mindst 100 ph.d.’er og postdocs i løbet af centerets 13-årige levetid. Det er de ”Power-to-Xperter”, der skal bære forskningen frem, men også den industrielle udvikling inden for de nye Power-to-X-teknologier. Og nogle af de digitale og trans-disciplinære kompetencer, der skal bruges de næste 10-20 år skal genereres på en anden måde, end vi gør i dag. Derfor er det også vigtigt, at vores ph.d.’er og postdocs får et længerevarende ophold hos et af de internationale samarbejdsuniversiteter, så de kan indgå i den daglige rutine og blive integreret i forskningen der. Det giver de unge forskere mulighed for at løfte deres idé op på et plan, hvor den kan accelereres af de bedste eksperter og den bedste infrastruktur både nationalt og internationalt langt hurtigere, end man ellers kan.
Udfordringen ved Power-to-X er, at det kræver en helt ny måde at tænke på. Det er ikke nok ”bare” at designe verdens bedste katalysator – det skal både være den bedste men også bæredygtig og kunne skaleres. Derfor glæder vi os til at være med til at udstikke kursen for fremtidens Power-to-X-revolution og sikre, at Danmark kan tage den grønne førertrøje.
Artiklen er en del af temaet Energiøer.
