Tilbake til fortiden

Historien om hvordan en oppdagelse fra 1839 kan redde oss når oljen tar slutt.

Professor Truls Norby går uanfektet mellom kolber og reagensrør med boblende væsker i alle slags farger. Et puslespill av ledninger strekker seg fra baksiden av ulike måleapparater, innerst i en krok sitter en av de yngre forskerne bøyd over dataanalyser. Vi er i kjelleren på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) i Oslo.
Norby har fått lønn for strevet. Som ung student i 1980 snublet han over et stoff med hittil ukjente egenskaper, egenskaper som man ikke visste nytteverdien av. 26 år seinere er det blitt patentsøknad og artikkel i anerkjente Nature Materials. Samt en plass blant dem som gir regjeringen råd om framtidens energisamfunn.
"Grunnforskning" heter det når forskere ikke helt vet hva de skal bruke resultatene sine til. Likevel fortsetter de ufortrødent å bruke statens penger til å eksperimentere, notere, analysere og publisere. Forskning for forskningens egen skyld, eller for å oppnå økt kunnskap i seg selv, har stor prestisje i forskningsmiljøene. Men det er ikke alltid lett å få penger til forskning man ennå ikke kjenner nytteverdien av. 
Noen ganger får imidlertid forskningsresultatet konsekvenser for samfunnsutviklingen. Og noen ganger må man vente i 150 år før samfunnet er blitt modent for teknologien.

Smertefull demonstrasjon.
Sir William Grove hadde ikke akkurat hydrogenbilen i tankene da han inviterte vennene sine til demonstrasjon av en ny innretning. Innretningen kunne sammenlignes med en celle i et batteri. Denne nye cellen produserte imidlertid strøm ved å kombinere hydrogen og oksygen.
1840-årene var midt i den vitenskapelige show-tiden. Kjemikere og fysikere fikk god publikumsoppslutning og pressedekning ved demonstrasjoner av nye oppdagelser. Vennene til Grove fikk prøve den nye cellen, og kunne rapportere at det føltes smertefullt å holde i ledningene fra den, dessuten var det mer smertefullt jo flere celler som ble koblet i serie. Grove hadde laget et batteri av flere celler, som brukte hydrogen som brennstoff. Foreløpig måtte han produsere hydrogen til cellen ved å senke staver av sink ned i syre. 
Groves framsynte celle skulle førti år senere få navnet "brenselcelle". Brenselcellen ble imidlertid overskygget av andre oppfinnelser, som da dynamoen ble oppfunnet i 1866. Nobelprisvinner Wilhelm Ostwald prøvde seg likevel på en framtidsspådom i 1884: "Brenselceller er en større oppfinnelse for sivilisasjonen enn dampmaskinen og vil snart sette Siemens-generatorene på museum.” Det skulle gå enda litt tid før Ostwald fikk rett.

Brenselcellen gjør comeback.
Det er 1960-årene, vi er på god vei inn i oljealderen. Forbrenningsmotoren er for lengst oppfunnet, og ingen setter spørsmåltegn ved den økende bilbruken. Miljøproblemer er det få som har hørt om. Brenselcellen lever et anonymt liv. Men så: Det amerikanske romfartsprogrammet Apollo trenger noe som kan produsere elektrisitet til romskipene. Ulike typer brenselceller blir videreutviklet, amerikanerne er ikke de som snur på forskningskronene når de kan vinne et romkappløp. I 1965 blir Gemini 5 den første romfergen som bruker brenselceller i stedet for batterier. Brenselcellen er også med under månelandingen i 1969. Siden cellen produserer vann i stedet for eksos, fungerer den også som drikkevannskilde for astronautene.
Så kommer oljekrisa i 1973. Det går opp for den vestlige verden at vi en dag må klare oss uten olje. Visjonen om hydrogensamfunnet blir født. Dette er noe for barna av regnbuen. En gang vil vi bruke fornybare energikilder til å utvinne hydrogen, som i sin tur kan drive biler eller en helt vanlig husholdning med varme og matlagingsbehov.
Men brenselcellen er ikke klar til bruk i samfunnet enda. Den er for dyr og komplisert å lage, og man har ikke greidd å utvikle materialer som er hensiktsmessige til bruk i stor skala. Brenselcellen er også uløselig knyttet til hydrogen, som er selve drivstoffet til cella. Hydrogen finnes i store mengder i naturen, men først og fremst i vann, og alltid bundet sammen med andre stoffer i større molekyler. Rent hydrogen finnes ikke, det må fremstilles. 
Miljøproblematikken blir heller ikke tatt ordentlig på alvor. Vi har ennå god tid.

Et overraskende funn.
Tilbake til Blindern. Kjemistudent Truls Norby sitter oppgitt foran resultatene sine og prøver å forstå. Det er 1982, og i to år har han prøvd å skrive en hovedfagsoppgave ved universitetet i Oslo. Oppdraget er å finne et nytt materiale til bruk i alumniumsproduksjon, et materiale som ikke løser seg opp i produksjonsprosessen. Han er på jakt etter en type keram, en gruppe materialer som er kjent for å være stabile, men som ofte er dårlige strømledere.
- Jeg målte bare rot i to år. Resultatene svingte dag for dag, de var annerledes om vinteren i forhold til om sommeren, de ble påvirket av regnvær og tørt vær. Etter to frustrerende år måtte Norby innse at materialets egenskaper ble direkte påvirket av fuktigheten i laboratoriet på Blindern, som igjen varierte med vær og årstid. 
- Det er vanlig at du kan tørke et stoff ved 100 grader Celsius, men dette stoffet holdt på protonene sine, og dermed på vannet, helt opp til over 1000 grader. 
Årsaken måtte være at det keramiske materialet inneholdt enkeltstående protoner som kunne bevege seg fritt omkring. Dermed hadde Norby oppdaget et materiale som var en protonleder, og dermed strømleder, og det helt opp til 1000 grader. Men hva skulle han bruke det til?

Endelig litt action.
Tjuefire år senere, og 167 år etter oppdagelsen av brenselcella, skal Norge få sin første hydrogenvei for biler som går på brenselceller. Endelig er det blitt sving på sakene. Brenselcella er stadig under utvikling, men det finnes flere varianter som er i bruk, for eksempel i busser. Cellene deles gjerne inn etter arbeidstemperatur; lavtemperatur-brenselceller under 100 grader C og høytemperatur-celler over 500 grader C. I tillegg har hver type brenselcelle navn etter hvilket materiale som blir brukt i cella.
Det er her materialet til Truls Norby kommer inn. Det protonledende stoffet som han oppdaget for lenge siden, har dannet grunnlaget for en forskerkarriere innen materialer for høytemperatur-celler. Nylig oppdaget han og medarbeiderne ved Universitetet i Oslo et nytt stoff som kan vise seg å bli nyttig i brenselceller. Materialet har den fordelen at det ikke krever absolutt rent hydrogen. Dermed kan man utvinne hydrogenet fra naturgass, som ofte er forurenset av karbonmonoksid. Selv om vi slipper ut karbondioksid i prosessen, vil energiutbyttet være større med bruk av brenselcelle enn når vi bruker gassen direkte.
I framtidas bærekraftige energisamfunn vil vi utvinne hydrogenet fra vann ved hjelp av grønn energi fra vind, sol, bølger eller fusjon, men Norby tror overgangen til forbybare energikilder vil være glidende. Vi må leve med å bruke forurensende energikilder til å drive brenselcellen enda en stund:
- Vi går med små skritt framover mot hydrogensamfunnet. Fossil teknologi kommer først til å bli dyrere, før hydrogensamfunnet tar over.

Brenner for brenselcellen.
Brenselcellen har en stor fanklubb, både forskere og flere miljøorganisasjoner har trykket den til sitt bryst. For fire år siden importerte Bellona Nordens to første hydrogenbiler. Truls Norby forklarer hvorfor en oppdagelse fra 1839 kan konkurrere mot oljealderens systemer:
- Brenselcellen har høy effektivitet, teoretisk sett kan den utnytte 100 % av brennstoffet. Det henger litt etter i drivstoffkostnader, men den gir mindre forurensning, den er stillegående og fleksibel. En bensinmotor på tomgang kaster bort energi, og gassturbiner går med nokså fast hastighet. Brenselcellen er mer effektiv jo mindre strøm du trenger.
Kjemiprofessoren får bruk for både engasjementet og fagkunnskapene; før jul ble han utnevnt til medlem av det nyopprettede Hydrogenrådet. Rådet skal gi innspill til departementer og stake ut kursen for Norges satsing på hydrogen som energibærer. Norge har allerede lang erfaring som hydrogenprodusent: Norsk Hydro, senere Yara, har produsert hydrogen til framstilling av kunstgjødsel alt fra 1928. Statoil produserer hydrogen på Tjeldbergodden. Nesten alt hydrogenet går i dag til industrielt bruk.
En utfordring knyttes også til lagring av hydrogenet før det brukes i brenselcellen. Noen meter unna Norbys laboratorium på SMN jobber både fysikere og kjemikere med å simulere ulike lagringsmuligheter for å pakke hydrogenet tett nok. Hydrogenbilene sliter fortsatt med store, tunge drivstofftanker og kort rekkevidde, selv om Norby gjerne påpeker at dagens hydrogenbiler kan gå nesten 40 mil på gode veier, før de må fylle tanken. Også her gjøres stadige framskritt, og lagringstankene til hydrogenbilen er krympet kraftig de siste årene.

Norges moralske ansvar.
Norby er forsker i et land som har fått alt opp i hendene; olje, vannkraft, naturgass - men han er ikke imponert over innsatsen for utviklingen av miljøvennlige energiformer. Finnene hadde demoprosjekter for hydrogenbruk allerede for 20 år siden. I mellomtiden har vi i Norge veltet oss i vannkraft og fossile brennstoffer. 
- Det må skje betydelige endringer i hvor mye penger man vil bruke på dette, fastslår Norby. Han vil likevel løfte blikket litt:
- Siden Norge tjener så mye på olje og gass, som forurenser så mye verden over, har vi en moralsk forpliktelse til å bruke mer penger på å utvikle ren energi. Men det står ikke et ord om dette i Forskningsmeldingen.
Den teknologiske utviklingen som vanlig forbeholdt vesten. Norby skulle gjerne samarbeidet med forskere fra den tredje verden, og vil legge inn et hint til politikere og Forskningsrådet, eller andre som føler seg kallet:
- Vi kunne etablert en pris for å øke drivkraften innen forskning i utviklingsland, knyttet opp mot fornybar energi.
 
Hydrogensamfunnet kommer.
Til høsten åpner Norges, og Europas, første sammenhengende hydrogenvei mellom Oslo og Stavanger. Det er ikke staten som står bak prosjektet, men Statoil, Hydro, SINTEF og flere kommuner og fylkeskommuner. Jevnlige fyllestasjoner sørger for at du kan kjøre hele veien med vann som eneste utslipp. For to år siden åpnet dessuten Hydro sitt pionerprosjekt på forblåste Utsira utenfor Haugesund: Vindmøller sørger for kraftforsyningen. Når det blåser, brukes kraften til å produsere hydrogen fra vann. Når det er stille og møllene stopper, sørger hydrogenet for at brenselcellene kan forsyne innbyggerne med elektrisitet.
Hydrogensamfunnet er kommet nærme nå. Ostwald hadde rett i at brenselcellen var en stor oppfinnelse, men det er ikke alle store oppfinnelser som kommer til sin rett. For brenselcella kom det noe annet i veien en hundre års tid. Nå er imidlertid verden klar for moderne teknologi fra 1839. Ikke at det overrasker Truls Norby:
- Når vi først begynner å skjønne at det fossile brenselet tar slutt, da vil ting skje.

Stikkord:
HYDROGENSAMFUNNET
Hydrogen som energibærer ble oppdaget allerede på 1800-tallet. Snart blir hydrogensamfunnet en realitet.

Kilder: 
www.fuelcell.no/
www.hydro.com
www.hynor.no (Hydrogenveien i Norge)
www.bellona.no
"Hydrogen - ren energi." Brosjyre utarbeidet av Norsk Hydrogenforum.
Professor Truls Norby, UiO
Forsker Ole Martin Løvvik, UiO.
NOU nr. 11 2004: Hydrogen som fremtidens energibærer

Bildetekst: Helt innerst i laboratoriet, bak alle reagensglass og ledninger, leker Truls Norby med en modell av det protonledende materialet han har oppdaget.
(Synes bilde nummer 851003 fra Magnus var best.)

Grafikk:
1 - Oversiktsfigur for kretsløp med hydrogen som energibærer: Bruk figuren på side 4 i h2forum sin pdf (vedlagt) som modell. Har ikke spurt om å få kopiere den, så vi må nok lage vår egen som ser omtrent likedan ut.

2 - Hydrogenproduksjon: Vi har tillatelse fra Ole Martin Løvvik til å bruke hans figur (eller lage en ny med bakgrunn i hans) fra dokumentet "hydrogenproduksjon" (vedlagt). Bruk gjerne teksten under figuren som forklaring.

3 - Lagring av hydrogen: Her kan vi også bruke stoff fra Ole Martin Løvvik, fra dokumentet "hydrogenlagring", side 1. Merk: Det står hhv. 300 K og 20 K under de to første tankene. Bytt ut dette med hhv. 27 grader Celsius og -253 grader Celsius.
Jeg foreslår også å ta med teksten over figuren ("Den klassiske måten..."), samt de fire første linjene under figuren.

4 - Brenselcellen: Bruk figuren på side 7 i h2forum sin pdf (samme som i figur nummer 1) som modell og lag en lignende figur.
 
5 - Evt. også noen bilder? Har Magnus tatt noen andre bilder som kan brukes her?