Energi
Generering af brint ved at splitte vand med indlejret spåntag
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Hydrogen og elektrolyseomkostninger
Hydrogen er et lovende brændstof for en grøn økonomi, fra transport til energilagring, og kan være det eneste realistiske CO₂‑fri alternativbrændstof for mange industrier som skibsfart og luftfart.
En vigtig faktor, der har holdt udviklingen af hydrogenøkonomien tilbage, er omkostningerne, især omkostningerne ved hydrogenproduktion.
Grønt brint (fra vedvarende energi) produceres hovedsageligt gennem elektrolyse, som kræver meget energi og katalysatorer. Sådanne katalysatorer er typisk dyre og er i de fleste tilfælde baseret på metaller som platin. Jo mere platin der anvendes, desto dyrere bliver elektrolyseanlægget.
Metaller som platin er ikke kun dyre, men også ekstremt sjældne og ville være i kort leverance, hvis hydrogen blev masseadopteret som energikilde.
Således var det vigtige nyheder, at forskere annoncerede en drastisk reduktion i katalysatorbehovet for elektrolyse.
“Vi er i stand til at producere brint fra vand ved kun at bruge en tiendedel af mængden af platinbelastning sammenlignet med de mest avancerede kommercielle katalysatorer.” – Dr Madasamy Thangamuthu, postdoktoral forsker ved University of Nottingham.
Billig elektrolyse med spåntag (skrotmetal)
Denne opdagelse blev gjort af forskere ved University of Nottingham, Storbritannien, og offentliggjort i Journal of Material Chemistry under titlen “Fra skrotmetal til højeffektive elektroder: udnyttelse af den nanotexturerede overflade af spåntag for effektiv udnyttelse af Pt og Co til hydrogenproduktion”.
De første resultater kom fra analyse af spåntag på nanoskalering. Spåntag er skrotmetalspiraler, der genereres som affald ved bearbejdning af metal som rustfrit stål, titanium eller nikkellegemer. Industrien i Storbritannien alene producerer millioner af tons metalaffald hvert år.
Kilde: Nottingham University
Da forskerne analyserede disse spåntag med et elektronstrålemikroskop, opdagede de, at de langt fra at være glatte, havde disse metalaffaldsprodukter riller og kamme, der kun var tiere af nanometer brede.
Disse meget komplekse strukturer og enorme kontaktflader ville være ideelle substrater for elektrokatalysatorer, der anvendes i elektrolyse til hydrogenproduktion.
Magnetisk platinregn på spåntag
For at tilføre platinatomer til spåntagene brugte forskerne en teknik kaldet magnetron sputtering. Dette er en teknik, der anvendes i fremstilling af halvledere til at aflejre en ultratynd metalfilm ved hjælp af kraftige magnetfelter.
Kilde: Korvus Tech
Denne metode “regner” platinatomer på spåntagene og aflejrer dem i de nanometerstore riller og kamme.
“Ved at sprede kun 28 mikrogram af det dyrebare metal over 1 cm² af spåntagene, var vi i stand til at skabe en laboratorieskala elektrolyseanlæg, der opererer med 100 % effektivitet og producerer 0,5 liter brintgas per minut kun fra et enkelt stykke spåntag.” – Dr Madasamy Thangamuthu, postdoktoral forsker ved University of Nottingham.
Denne metode gjorde det muligt at skabe to typer brint‑genererende elektrokatalysatorer:
- Titanium‑spåntag med platinatomer som katalysator, til hydrogenudviklingsreaktion (HES).
- Nikkel‑spåntag med koboltatomer som katalysator, til oxygenudviklingsreaktion (OER).
Nottingham-forskerne arbejder nu sammen med virksomheden AqSorption for at skalere teknologien op.
Sammenføring af hydrogeninnovationer
Nye katalysatorparadigmer
Opbygningen af hydrogenøkonomien vil kræve, at hvert trin i hydrogenproduktions- og distributionskæden bliver så effektiv som muligt.
Indtil for nylig gjorde sjældenheden og de høje omkostninger ved platin- og koboltbaserede katalysatorer det nødvendigt at finde alternative katalysatorer. For eksempel diskuterede vi muligheden for at bruge nikkel‑nanorods i “Fremskridt inden for hydrogenproduktion med nikkelbaseret elektrolyse” og alternative katalysatorer som ruthenium, silicium og tungsten (RuSiW) i “Grønt brint vil erstatte gråt, da nye elektrokatalysatorer gør produktionen omkostningseffektiv“.
Opdagelsen af brug af spåntag kunne fjerne behovet for sådanne nye katalysatorer.
Måske kan disse innovationer kombineres for at skabe endnu mere effektive nye typer katalysatorer. Alternativt, nu hvor mængden af platin, der kræves, kan reduceres ti‑fold, kunne brug af platin‑nanorods for at opnå ultra‑høj katalyseeffektivitet være en mulighed.
Hydrogen‑teknologi forbedres & ammoniak
Dette vil sandsynligvis kombineres med andre innovationer, såsom mere effektiv lagring af hydrogen som diskuteret i “Hydrogen er netop blevet mere attraktiv som energikilde gennem gennembrud i indkapsling“. Effektiv konvertering af hydrogen til energi som diskuteret i “Er battericeller kun en forløber til brændselsceller? Den virkelige næste generation af elbiler?“.
Endelig kunne den høje effektivitet, lave omkostninger ved hydrogen‑elektrolyse, lagring og udnyttelse kombineres med massiv anvendelse af ammoniak som brændstof, transport og langtidslagringsform for hydrogen, som diskuteret i “Decarbonisering af globale søruter gennem grøn ammoniak” og “Ammoniakproduktion er enormt skadelig for miljøet – ingeniører har netop udviklet en renere metode“.
Hydrogen‑fokuserede virksomheder
1. Sibanye Stillwater
SBSW Prisdiagram
Brugen af spåntag til hydrogenproduktion kunne dramatisk øge levedygtigheden af masseadoption af grønt brint ved at gøre platinbaseret elektrolyse økonomisk levedygtig.
Dette kunne give et enormt løft til platinmarkedet, som har været under pres i de senere år.
En væsentlig del af platins underpræstation skyldtes dens stærke afhængighed af efterspørgslen efter katalysatorer i benzinbiler og -lastbiler. Med verden, der bevæger sig mod elbiler, blev levedygtigheden af efterspørgslen efter dette metal sat i tvivl.
Kilde: Sibanye Stillwater [securities_stock_price_tag symbol="SBSW" exchange="NYSE"]
Alternativt, hvis platinbaseret elektrolyse ved brug af skrotmetal fra luftfartsindustrien bliver et centralt element i hydrogenøkonomien, er efterspørgslen efter platin for de kommende årtier sikret.
Sydafrikanske Sibanye Stillwater er en af verdens største platinproducenter. Landet producerer 80 % af verdens platin, og Sibanye Stillwater er ansvarlig for en fjerdedel af denne produktion.
Kilde: Mining Technology
Det er også producent af platinmetalgruppens elementer som palladium, rhodium og ruthenium. Det diversificerer i øjeblikket for at komme ind på guld- og batterimetalmarkederne.
Kilde: Sibanye Stillwater
Platinmarkedet har været domineret af diskussionen om vedtagelsen af elbiler versus ICE (forbrændingsmotor). Med hurtig innovation i brugen af hydrogen‑elektrolyse med platin og andre platinmetalgruppe‑elementer kan dette ændre sig.
Platin er også påkrævet i de fleste design af brændselsceller, der omdanner hydrogen til elektricitet. Så samlet set bør fremskridtene inden for hydrogen‑teknologi, herunder spåntag‑baseret elektrolyse, men ikke kun dette, gavne platin‑fokuserede minedriftsselskaber som Sibanye Stillwater.
2. Ballard Power Systems Inc.
BLDP Prisdiagram
Ballard er en producent af brændselsceller og en pioner inden for teknologien med sin første brændselscellebus produceret i 1993.
Virksomheden fokuserer på tunge markeder: busser, lastbiler, tog/spårvogne, skibe, minedrift/konstruktion og energi. Mens busser har været kernen i forretningen, forventer virksomheden, at lastbiler vil blive et stort forretningssegment inden 2025. Den forventer også, at Europa forbliver hovedmarkedet (50‑60 %), efterfulgt af Nordamerika (25 %).
Brændselsceller til lastbiler forventes at fortsætte med at vokse og udgøre et marked på 7,5 mia. $ i 2030 (fra et samlet adresserbart marked på 195 mia. $), næsten så stort som alle andre hydrogen‑/brændselscelle‑applikationer samlet. Denne vækst kan accelerere, hvis priserne på hydrogenproduktion falder takket være nye teknologier.
Kilde: Ballard
På grund af det højere krævede effekt og behovet for hurtig opladning har tunge køretøjer været et godt marked for hydrogen og brændselsceller i forhold til lettere køretøjer som biler. Det reducerer også behovet for kontaktledninger til jernbane og trolleybusser samt hurtig genopladning for langdistancetransport.
Kilde: Ballard
Virksomheden er heller ikke fremmed for ammoniak, med for eksempel en nylig kontrakt med Amogy for at levere brændselsceller til deres “ammoniak‑til‑energi‑platform, som bygger på unik ammoniak‑nedbrydningsteknologi”.
Mens elbiler har en rimelig chance for hurtigt at overtage bilmarkedet, er tungere køretøjer sværere at dekarbonisere. Med sin etablerede ledelse i sektoren vil Ballard være en primær modtager af en politisk satsning mod en hydrogenøkonomi.
Hydrogenproduktion bliver hurtigt billigere takket være fremskridt i katalysatorer, der mekanisk reducerer omkostningerne ved brændstoffer til hydrogen‑drevne køretøjer. Med stigende oliepriser på grund af geopolitiske spændinger og voksende CO₂‑afgifter kan dette tippe balancen til fordel for hydrogen, især for køretøjer, der kræver meget effekt og kører mange kilometer (lastbiler, busser osv.).
