15.5.2018
Jyri-Pekka Mikkola har gjort ett stort tekniskt genombrott som gör det möjligt att tillverka kopior av fossila bränslen utav socker. Nästa utmaning är att få det att ersätta en etablerad industri.
– För tio år sedan bestämde jag mig för att jag vill förändra världen.
Jyri-Pekka Mikkola, professor i teknisk kemi och hållbar kemisk teknologi vid Åbo Akademi och Umeå universitet, har tagit ett stort steg på vägen. Det första patentet för att skapa exakta kopior av fossila bränslen utan en enda fossil komponent har redan godkänts. Drömmen om att det ska vara möjligt att driva dagens motorer på koldioxidneutrala bränslen är med andra ord redan förverkligad.
Nästa steg är att faktiskt driva alla våra motorer med koldioxidneutrala bränslen. Det är en enorm utmaning. När du tar dig an en stor, mäktig, pengastinn och etablerad industri som oljeindustrin kommer du att stöta på motstånd.
Men Mikkola är fast beslutsam om att det ska gå att förändra världen. Vi har egentligen inga alternativ.
– Man måste vara väldigt försiktig i samarbete med alla traditionella oljebolag. När de förstår vad det handlar om köper de upp det och låser in det i kassaskåpet, säger Mikkola.
– Tiden får visa hur det går, men om vi inte lyckas så lyckas nån annan. Patentet är skrivet av patentadvokaten så att det inte genast går att lista ut hur de här bränslena görs, men om man har tålamod kan man lista ut det. Som sagt tar det tio år. Det här var riktigt svårt, det svåraste jag nånsin gjort inom forskning.
Drivmedel ur socker
Mikkolas genombrott gör det möjligt att tillverka kolvätebaserade bränslen ur olika sockrar, som finns i alla former av biomassa. Det betyder att man kan göra bensin, diesel och flygplansbränsle ur till exempel skogsrester, sågspån, sockerbetor, matrester, jordbruksrester eller presskakor från reningsverk.
Processen börjar med hydrolys, vilket innebär att man tillsätter svavelsyra och låter den så kallade lignocellulosan i biomassan falla sönder – ett steg man inte behöver om råvaran är sockerbetor eller sockerrör. Sedan jäser man sockret till en alkohol, i första hand etanol, men alla alkoholer duger.
Etanol- och vattenblandningen förs sedan in i reaktorsystemet, som består av två stycken en och en halv meter långa rör innehållande mycket komplicerade katalysatorer, det vill säga ämnen som påskyndar kemiska reaktioner utan att själva konsumeras.
kommer bränsle ut nertill.
– Det finns tusentals olika typer av katalysatorer i världen, men 90 procent av allt vi äter, står på, har på oss och ser produceras med hjälp av heterogen katalys, säger Mikkola.
– Lite förenklat är katalysatorer fasta material, pulver, ofta metalloxider eller aktivt kol som har en väldigt stor ytarea. Ytan är full med väldigt små porer som ofta innehåller nanopartiklar utspridda i porsystemet. Ett enda sandkorn av en katalysator kan ha en ytarea på två fotbollsplaner, cirka 2000–3000 kvadratmeter per gram.
Det är arbetet med att utveckla katalysatorerna som varit den stora utmaningen i Mikkolas forskning.
– Hela hemligheten i de flesta kemiska industriella processer ligger i katalysatorer. Jag kommer inte att berätta och kan inte ens berätta hur våra katalysatorer är uppbyggda, de är så komplicerade.
Katalysatorerna kräver upphettning för att sätta igång. Men i och med att vissa reaktioner alstrar värme medan andra kräver värme, är processen självgående när den väl är igång.
Ut ur reaktorn kommer högkvalitativa bränslen.
– Vi får ut ren alkylatbensin och det man i Sverige kallar gasol, alltså propanbutan, samt mera vatten än man sätter in – det vill säga syntetiskt vatten, säger Mikkola.
– Vattnet har ingen större betydelse i Norden, men redan när man talar om Sydeuropa – för att inte tala om Afrika, Mellanöstern och Asien – är också vattnet väldigt intressant. Vi tappar väteatomer i processen men det spelar ingen roll, för vatten är nästan en dyrare produkt än bensin.
Med ett dubbelreaktorsystem kan Mikkola idag tillverka 250 liter bränsle på ett dygn. Kvaliteten på bränslet har testats av Seabolt i Göteborg och Shell i Rotterdam, och ligger på trygg distans från de gränsvärden som krävs enligt EU:s bränslestandarder. Till exempel ligger bensenhalten, som ska vara under 100 ppm (parts per million), på 2 ppm och oktantalet är över hundra – vilket är bra mycket bättre än det vi vanligtvis tankar vid macken.
Hemligstämplat
Forskningsarbetet har utförts i en stuga på landsbygden i Västerbotten, Sverige. De involverade forskarna har hela tiden arbetat med dubbla projekt, ett som publiceras och ett som har att göra med det nya patentet.
– När man utvecklar helt omstörtande teknologi som ändrar spelfältet helt och hållet måste man vara väldigt försiktig och göra det i skymundan hela vägen. Allt gjordes hemligt, säger Mikkola.
När man utvecklar helt omstörtande teknologi som ändrar spelfältet helt och hållet måste man vara väldigt försiktig och göra det i skymundan hela vägen. Allt gjordes hemligt.
– Vi har länge haft som praxis att vi under våra möten lämnar telefonerna utanför rummet. Det hade Nokia redan på 90-talet. Och som alltid när man arbetar med känslig information ska datorn vara utan internetuppkoppling. Det är en realitet idag.
Intresset för den nya uppfinningen har varit enormt sedan patentet blev offentligt. Mikkolas mejl utsätts nästan dagligen för intrångsförsök av hackare och hans telefon ringer stup i kvarten. Folk vill veta hur uppfinningen fungerar och hur de kan investera i den.
För tillfället vet man inte vilken finansieringsmodell som blir aktuell. En sak är klar: det behövs gigantiska investeringar för att ställa om den rådande bränsleproduktionen.
– Enbart på de svenska landsvägarna förbrukas cirka 15 miljarder liter drivmedel per år. Sedan har du ännu flyget. Och det kommer att bli ännu värre. Hans Rosling säger i sin bok och sista TEDtalk The Global Population Growth att de rett ut statistiken, idag finns nio av tio flyg i den gamla Västvärlden. Om 20 år finns nio av tio flyg i Asien, säger Mikkola.
– Vi har nu en fungerande teknik men problemet är att det behövs så mycket järn för tillverkning och förvaring av bränslet. Att svetsa ihop alla rör, reaktorer, förvaringscisterner som krävs för att tillgodose behovet av drivmedel kräver så mycket järn att det kommer att kosta enorma mängder.
En tänkt lösning Mikkola nu laborerar med är att bränsletillverkningen skulle ske lokalt i mindre mängder, i små reaktorer i containrar.
– Containrar kan transporteras vart som helst i världen. Då har man mindre anläggningar som kan drivas av en annan aktör och steg för steg komma dit vi ska, säger Mikkola.
– Det är ett attraktivt alternativ. Då har man en lokal byförening eller ett åkeri som köper en container, eller om man har ett massabruk som har ett värmeöverskott som kan starta upp processen, eller ett sågverk där du dessutom har sågspån till förfogande, så sätter du upp en jäsningsanläggning alltså fermentering till etanol och kör anläggningen där enligt samma integration av olika processer.
Ett vanligt problem när man utvecklar alternativa bränslen verkar vara att man blir tvungen att modifiera motorerna. Men det behöver man inte med er metod, då de bränslen som kommer ut är exakta kopior av de som redan existerar?
– Nej. Plus att vi inte behöver ha en jättekomplicerad processanläggning som ett oljeraffinaderi, som har miljoner enhetsoperationer. Ett oljeraffinaderi kostar minst en och en halv miljard euro att bygga, men med vår metod kan man ha en utspridd produktion i mindre anläggningar. Då slipper vi en massa transportkostnader och får en exakt likadan produkt utan en droppe olja.
– Om vi tittar på en etablerad konkurrent som Neste så använder de ännu massor av fossil vätgas i sin NEXBTL-diesel. Den härstammar från naturgas. Vi har exakta kopior på fossila bränslen utan en enda fossil molekyl i. Av biologiska råvaror är sockrar den vanligaste, så det är det mest tillgängliga råvaran som finns.
Hur stora mängder råvaror behövs för att producera bränslet?
– Sverige förbrukar runt 15 miljarder liter drivmedel på landsvägarna per år och Finland typ hälften, säg 8 miljarder liter. Vi gör en grov kalkyl att det motsvarar kanske 6 miljarder kg. Jag skulle säga att om vi räknar till nivån av sockrar så behöver vi kanske nästan 20 miljarder kilo sockrar.
Jag skulle säga att om vi räknar till nivån av sockrar så behöver vi kanske nästan 20 miljarder kilo sockrar.
I mitt huvud låter det enormt.
– Ja, det är 20 000 miljoner kilo sockrar.
I Finland växte år 2016 sammanlagt 106 miljoner kubikmeter trä. Enligt en mycket grov uppskattning ger det cirka 24 000 miljoner kilogram sockrar som i dag skulle klassas som ”användningsdugliga”. När man tar med ekonomisk lönsamhet och tillgängligt överskott från skogsindustrin i kalkylen krymper mängden till cirka 10 procent.
– Råvaran måste komma från väldigt många olika källor. Vi måste bli betydligt bättre på att använda cirkulär ekonomi.
Gödselindustrin nästa
Jyri-Pekka Mikkola, tio års arbete har gett resultat. Är du nöjd nu?
– Nej. Inte innan det här kommer ut på marknaden. Och jag har redan nästa stora grej i sikte som vi ska attackera så fort vi hinner.
– Den ena är att lösa problemet med diesel-NOx:arna (kväveoxider/Red.). Så som man gör idag är dumt, jag har en mycket bättre idé. NOx:arna är delvis kopplade till det andra problemet, som berör den globala matproduktionen – det vill säga kväveindustrin och den ammoniak samt salpetersyra som behövs för att göra gödsel.
– Haber-Bosch-processen fixerar kväve från luften. 70 procent av världens befolkning eller husdjur skulle inte finnas till om vi inte hade den, men processen har ett stort problem: den kräver ädelmetallkatalysatorer och hela processen jobbar kring och körs vid tusengradig temperatur och drivs av naturgas och olja. Så den här typen av industri vill jag attackera som nästa projekt.
Det är inga små industrier du tar dig an.
– Nej. Politikerna leker med smågrejer och lösningar som ofta för oss ur askan i elden. Till exempel är elbilen ingen som helst lösning. I en livscykelanalys är batteribilen minst 30 procent sämre.
– Det beror på att man måste gräva litiummalm, sannolikt i Argentina eller Chile där de största fyndigheterna finns. Sen måste du krossa stenen. Vad kostar det i energi? Efter det skeppas malmen till Japan för elektrolys, som igen kräver en massa elektricitet, för att få litiummetall. Det finns ingen annan metod än elektrolys för att reducera litiumoxid till litiummetall. Följande steg är att skeppa metallen, kanske till Korea, för tillverkning av batterier.
– Och ja, sen borde vi kanske egentligen inte prata om litiumbatterier, utan koboltbatterier. Kobolt är avgörande. Varifrån kommer kobolt? Nästan uteslutande från Kongo, där det produceras genom barnarbete. Batterierna håller kanske tio år. Sen blir de sura och borde återvinnas, vilket är riktigt svårt, där har vi elektrolys igen. Det är riktigt svårt och energikrävande att cirkulera metallerna igen och sätta dem i ett kretslopp. Batteribilen är dumheter om man ser på livscykelanalysen. En batteribil producerar mera utsläpp än en bensinbil.