Kostnaderna för ren energi kommer att vara lika med eller mindre än fossila bränslen år 2020, medan förnybara energikällor kommer att möta 40 procent av den globala energiefterfrågan till 2040. Men eftersom förnybar energi är beroende av sol och vind, det är fortfarande i stort sett opålitligt. Därför, utmaningen är att utveckla nya metoder för att lagra överskott av förnybar energi på ett sätt som gör att det kan användas vid behov.

Detta är syftet med HYFORM-PEMFC-projektet som genomförs av GRT Group, ett företag som fokuserar på energiomställning med utvecklingslösningar för energilagring, och professor Gabor Laurenczys forskargrupp vid EPFL, som har utvecklat en ny, integrerad myrsyra-vätebränslecellanordning.

HYFORM-PEMFC-enheten använder myrsyra för att lagra väte, och har inhemska och industriella tillämpningar. Jämfört med enheter som bara använder väte, HYFORM-PEMFC har designats för att säkerställa betydande fördelar vad gäller storlek (1 liter myrsyra innehåller 590 liter väte), enkel transport, säkerhet, och lägre driftskostnader samtidigt som de är miljömässigt hållbara.

De potentiella användarna av HYFORM-PEMFC inkluderar de i områden med begränsad eller ingen tillgång till elnätet, och de som utvecklar vätgastransportsystem. Enheten kan försörja en alpin stuga med värme och el enkelt och med miljövänlig tankning. Tekniken kan även skalas upp för att möta strömbehovet för större inställningar, såsom industrianläggningar.

"Detta är en viktig milstolpe i vår strategiska plan för utveckling av applikationer för energilagring, " säger GRT Groups vd Luca Dal Fabbro. "GRT Group vill stödja omställningen mot en helt förnybar energiförsörjning, och att på så sätt ta itu med den globala utmaningen att minska CO2-utsläppen."

Nästa steg för GRT Group är att utveckla en komplett, integrerat system för lagring av förnybar energi, t.ex. överskott av solel som produceras under sommaren, som sedan kan användas för att producera el och värme på efterfrågan på vintern, vilket gör byggnader energiskt autonoma. Detta projekt kommer att bevisa de ekonomiska fördelarna med konceptet och dess verkliga potential i ett integrerat energilagringssystem.

Vätgas är en av de mest lovande energibärarna bland förnybara energilagringslösningar. Att använda väte för att producera värme eller el ger inga kol- eller partikelutsläpp, vilket innebär att det inte har någon negativ miljöpåverkan. Problemet är att väte har ett mycket lågt energiinnehåll i volym. Detta gör det mycket svårt att lagra och transportera i sin naturliga form (gas), eller kräver mycket höga tryck, mycket låga temperaturer, och dyra infrastrukturer, allt detta leder till säkerhets- och kostnadsproblem.

Den alternativa lösningen är att använda en vätebärare som myrsyra, vilket är den enklaste kombinationen av väte och CO2. Myrsyra är flytande under normala förhållanden, lätt att förvara, transport, och hantera, och produceras från hållbara källor i hundratusentals ton globalt:det används redan i stor utsträckning inom jordbruk och industri.

Utmaningen, sedan, håller på att få tillbaka det lagrade vätet ur myrsyran på ett energieffektivt sätt. Det är här katalysatorer kommer in. Det är föreningar som underlättar utvinningen av väte från myrsyra så att det sedan kan omvandlas till elektricitet genom en bränslecell.

Enheten består av två huvuddelar, en vätereformator (HYFORM) och en protonutbytesmembranbränslecell (PEMFC). HYFORM-reformatorn använder en ruteniumbaserad katalysator för att extrahera väte, även om forskarna för närvarande utvecklar katalysatorer baserade på ännu billigare material.

HYFORM-PEMFC-enheten kan producera 7000 kWh årligen, och dess nominella effekt är 800 watt - ungefär motsvarande 200 smartphones som laddas samtidigt. Dess elektriska verkningsgrad är för närvarande upp till 45 procent. Så länge myrsyran som används produceras hållbart, bränslecellen är helt miljövänlig och möjliggör långtidslagring av förnybar energi. Det är tyst, avger ren gas, har noll koldioxidbalans, och producerar varken partiklar eller kväveoxider.

På samma gång, HYFORM-PEMFC är lite underhållsvänlig, behöver ingen svavelbehandling, och har stabil och långsiktig katalysatorprestanda. Dess teknologi är skalbar, så det kan användas i både hushåll och industriella miljöer. Eftersom det bara behöver drivas med myrsyra, systemet kräver inte anslutning till elnät, vilket gör den idealisk för avlägsna eller otillgängliga områden.

"Den kemiska omvandlingen av CO2, en växthusgas, till användbara produkter blir allt viktigare när dess atmosfärsnivåer fortsätter att stiga på grund av mänsklig aktivitet, " säger Gabor Laurenczy. "Av denna anledning, att producera myrsyra på ett hållbart sätt - med CO2 som väte-energivektor - är mycket viktigt. Den globala efterfrågan på myrsyra växer, särskilt i samband med förnybar energi. Vätebärare, och deras produktion från CO2, antingen genom hydrering eller från bioavfall eller biomassa, är betydligt mer hållbara än befintliga rutter."