Vihreä vety on valmis korvaamaan harmaan, kun uudet elektrokatalyytit tekevät tuotannosta kustannustehokasta

Halvempi ja vihreämpi vety

Vihreällä vedyllä tarkoitetaan vedyn tuottamista polttoaineeksi uusiutuvilla energialähteillä, jolloin se toimii vaihtoehtona fossiilisille polttoaineille. Vedyn valmistaminen elektrolyysillä vaatii kuitenkin kalliita ja harvinaisia platinaryhmän metalleja.

Korealaiset tutkijat, UNIST -yliopiston energia- ja kemiantekniikan professori Jungki Ryu sekä KAIST -yliopiston materiaalitieteen ja -tekniikan professori Dong-Hwa Seo, ovat löytäneet uuden katalyytin, ruteniumin, jonka avulla platinaa tai iridiumia ei tarvita.

More precisely, it relies pohjautuu paljon halvempiin ja vähemmän ympäristöä kuormittaviin ruuteniun-, piin- ja volframin (RuSiW) seoksiin.

Vety sateenkaari

Vety on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine, mutta sitä ei esiinny maapallolla helposti hyödynnettävänä polttoaineena.

Suurin osa nykyisin tuotetusta vedystä on niin sanottua harmaata vetyä, jota valmistetaan metaanista eli maakaasusta ja jonka tuotanto vapauttaa paljon hiiltä ilmakehään. Tämä on vain yksi vedyn mahdollisista ”väreistä”:

• Harmaa/ruskea vety: tuotettu fossiilisista polttoaineista.
• Sininen vety: tuotettu fossiilisista polttoaineista, mutta hiilidioksidin talteenotolla.
• Pinkki vety (sometimes also called yellow hydrogen): tuotettu ydinenergiasta.
• Turkoosi vety: tuotettu metaanin pyrolyysistä. Tämä hajottaa metaanin vedyksi ja kiinteäksi hiileksi. Kiinteää hiiltä voidaan varastoida tai käyttää sovelluksissa kuten hiilikuidut.
• Vihreä vety: tuotettu uusiutuvasta energiasta.

Vihreä vety on ihanteellinen ratkaisu ja useimpien ilmastotietoisten ihmisten tavoite. Sen tuotanto perustuu elektrolyysiin, jossa vesimolekyylit hajotetaan kaasumaiseksi vedyksi ja hapeksi. Prosessi kuluttaa runsaasti energiaa ja tarvitsee platinaryhmän katalyyttiaineita.

Vihreän vedyn etsintä

Green hydrogen is an important part of the puzzle to decarbonize the economy, as it can fill applications that electricity alone cannot. For example,se voi vähentää 95 % perinteisten teräksenvalmistusprosessien hiilidioksidipäästöistä. Steel manufacturing represents 11% of global emissions. It can also be used by fuel cells to power the engines of cars, trucks, and boats.

It could also be used directly for energy storage or to produce ammonia, a good candidate for long-distance shipping fuel or long-term energy storage, something we discussed in our article “Toinen vetypolttoaine – Viisi parasta vihreää ammoniakki-osaketta”.

Ruteniumin on jo pitkään tiedetty voivan korvata platinaa, mutta sillä on ollut seuraavat rajoitukset:

• platinaa heikompi katalyyttinen aktiivisuus.
• iridiumia heikompi vakaus.

Uudessa tutkimuksessa havaittiin, että ruteniumatomin ympärillä oleva pii tehostaa H+-ionien sitoutumista katalyytin pintaan.

Vakautta parantaa 5–10 nanometrin paksuinen volframikerros, joka suojaa ruteniumin katalyyttistä kohtaa. Samaa menetelmää käytetään puolijohteiden valmistuksessa, jossa kaasumainen volframi kerrostetaan erittäin ohueksi kerrokseksi piisirun pinnalle.

Hyötyvät sektorit

Kun vihreän vedyn tuotannosta tulee halvempaa ja ympäristöystävällisempää, löytö voi hyödyttää useita aloja:

• Polttokennovalmistajat, joiden moottoreiden kannattavuus paranee polttoaineen halventuessa.
• Vihreän vedyn tuottajat voivat saada paremmat katteet ja nähdä vedyn markkinaosuuden kasvavan energiamarkkinoilla.
• Vihreän ammoniakin valmistajat saavat halvempaa vetyä tuotantoon. Ammoniakin laaja käyttöönotto vaatii lisäksi katalyyttejä myrkyllisten ja erittäin voimakkaiden kasvihuonekaasujen, NOx-yhdisteiden, vähentämiseksi. Tähän käytetään yleensä platinaa, mutta myös RuSiW voi ehkä soveltua tehtävään.
• Uusiutuvan energian ala, sillä vihreän vedyn massatuotanto tarjoaa käyttökohteen aurinko- ja tuulivoiman ylijäämälle.

Hyötyvät yritykset

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon on vihreään energiaan keskittyvä Aker-konsernin tytäryhtiö. Merkittävä norjalainen konserni toimii uusiutuvan energian sekä meri- ja offshore-liiketoiminnan parissa. Aker Horizon on useiden hiilidioksidin talteenottoon, vihreään vetyyn ja uusiutuvaan energiaan keskittyvien yhtiöiden holdingyhtiö.

Lähde: Aker

Yhtiö toimii aktiivisesti vedyn ja vihreän ammoniakin tuotannossa. Sen tavoitteena on vähentää arktisen meriliikenteen päästöjä korvaamalla fossiiliset polttoaineet vetypohjaisilla polttoaineilla.

Lähde: Aker

Akerilla on siksi hyvät mahdollisuudet hyötyä vihreän vedyn tuotantokustannusten laskusta. Se voi hallita vihreän ammoniakin koko arvoketjun merituulivoimasta vedyn tuotantoon ja edelleen ammoniakin valmistukseen.

Yhtiö työskentelee myös jätteen energiakäyttöön liittyvissä hankkeissa Ranskassa, biomassalaitoksessa Saksassa sekä hiilidioksidin talteenotossa Lähi-idässä, kuten Saudi-Arabiassa ja Arabiemiirikunnissa.

Osake sopii sijoittajalle, joka haluaa laajaa altistusta vihreälle energialle. Yhtiöllä on vahva asema vihreässä vedyssä ja ammoniakissa, mutta myös muissa uusiutuvissa energiamuodoissa ja useilla maantieteellisillä markkinoilla.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) on vihreän vedyn ja polttokennojen johtavia yhtiöitä. Sen kennot käyttävät yli 40 000 trukkia, ja liikevaihto on kahdeksankertaistunut vuodesta 2013. Yhtiö rakentaa myös vedyn tuotanto-, logistiikka-, voimalaitos- ja jakeluinfrastruktuuria.

Yhtiö pyrkii mittakaavaetuja hyödyntämällä laskemaan tuotantokustannuksen 10 dollarista 4 dollariin kilogrammalta ja kasvattamaan tuotannon 14-kertaiseksi vuoteen 2027 mennessä. Myös elektrolyysin platinatarpeen poistavat uudet tekniikat auttaisivat.

Lähde: Plug Power

Yhtiö ei vielä ole kannattava, koska se on investoinut voimakkaasti tuotantokapasiteetin kasvattamiseen 19-kertaiseksi vuodesta 2020. Investoinnit lähes kaksinkertaistivat liikevaihdon vuoden 2023 alusta sen loppuun.

Suurimman osan nykyisestä ja ennakoidusta liiketoiminnasta odotetaan tulevan Pohjois-Amerikasta. United Hydrogenin ja Giner ELX:n kaltaiset strategiset yritysostot ovat vahvistaneet asemaa vetytaloudessa laajentamalla tuotanto-, nesteytys- ja jakelukykyä.

Yhtiö näkee ratkaisunsa sekä suorana liikennepolttoaineena että sähköajoneuvojen täydentäjänä. Vety voi keventää sähköverkon kuormitusta, kun ajoneuvojen lataushuiput eivät osu uusiutuvan energian tuotantoaikoihin.

Lähde: Plug Power

Suurena polttokennovalmistajana Plug Power hyötyisi voimakkaasti siirtymästä vety- ja ammoniakkitalouteen. Osakkeella voi siten ottaa näkemystä vedyn yleistymisestä ammoniakin kanssa tai ilman. Yhtiön kustannus- ja mittakaavapainotus on myös myönteinen.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard on toinen polttokennovalmistaja ja alan edelläkävijä, joka rakensi ensimmäisen polttokennobussinsa jo vuonna 1993.

Yhtiö keskittyy raskaaseen liikenteeseen ja kalustoon: busseihin, kuorma-autoihin, juniin ja raitiovaunuihin, laivoihin, kaivoksiin, rakentamiseen sekä sähköntuotantoon. Bussit ovat olleet liiketoiminnan ydin, mutta yhtiö odottaa kuorma-autoista merkittävää segmenttiä vuoteen 2025 mennessä. Euroopan arvioidaan säilyvän päämarkkinana (50–60 %) ja Pohjois-Amerikan olevan toisena (25 %).

Kuorma-autojen polttokennomarkkinoiden odotetaan kasvavan 7,5 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä, kun koko tavoiteltavissa oleva markkina on 195 miljardia dollaria. Se on lähes yhtä suuri kuin kaikki muut vety- ja polttokennosovellukset yhteensä. Uudet tekniikat voivat nopeuttaa kasvua laskemalla vedyn hintaa.

Lähde: Ballard

Raskaat ajoneuvot tarvitsevat paljon tehoa ja nopean tankkauksen, joten ne ovat henkilöautoja sopivampi markkina vedylle ja polttokennoille. Ratkaisu vähentää myös junien ja johdinautojen ajojohtojen tarvetta ja mahdollistaa pitkän matkan kuljetusten nopean tankkauksen.

Lähde: Ballard

Ammoniakki ei myöskään ole yhtiölle vieras: se solmi esimerkiksi äskettäin sopimuksen yhtiön Amogy kanssa polttokennojen toimittamisesta sen ainutlaatuiseen ammoniakin krakkaustekniikkaan perustuvalle ammoniakista sähköksi -alustalle.

Sähköautot voivat vallata henkilöautomarkkinat nopeasti, mutta raskaiden ajoneuvojen päästöjen vähentäminen on vaikeampaa. Alan vakiintuneena johtajana Ballard hyötyisi merkittävästi vetytaloutta edistävästä politiikasta.

4. Seaborg

Seaborg on tanskalainen yhtiö, joka kehittää pienikokoista sulasuolareaktoria. Reaktori toimii myös enintään 800 megawatin kelluvana voimalaitoksena.

Lähde: Seaborg

Seaborgin merelle suunnitellut ydinreaktorit sopivat hyvin rannikkovaltioille, ja hankkeesta on käyty keskusteluja Indonesian ja Norjan kanssa.

Seaborg kehittää yhdessä maailman johtavan laivanrakentajan Samsung Heavy Industriesin kanssa kelluvia ydinvoimaloita, joihin yhdistetään vety- ja ammoniakkilaitoksia.

Vihreä politiikka ja aktivistit suosivat usein uusiutuvaa energiaa, mutta päästöjen vähentäminen ei edellytä vedyn tuottamista vihreällä sähköllä. Riittää, että energia tulee vähähiilisestä lähteestä, joten myös ydinvoima on vaihtoehto.

Seaborgista voi näin tulla olennainen osa ydinvoimaan perustuvaa vety- ja ammoniakkitaloutta. Helposti asennettavat ja siirrettävät reaktorit voivat olla erinomainen tapa toimittaa vetyä satamiin.

Reaktoreita voisi jopa siirtää kausittaisen kysynnän mukaan, esimerkiksi pitää pohjoisella pallonpuoliskolla talvella, kun uusiutuvaa energiaa tuotetaan vähemmän, ja siirtää muualle loppuvuodeksi.

5. Bloom Energy

Bloomin toinen perustaja rakensi ensimmäisen vetypolttokennon 1960-luvulla Gemini-hanketta varten ja oli myös elektrolyysin edelläkävijä 1980-luvulla.

Yhtiö on asentanut sadoille asiakkaille yhden gigawatin verran paikan päällä toimivia ensisijaisia sähköntuotantoratkaisuja. Vuodesta 2018 lähtien 95 % Yhdysvaltoihin asennetuista kiinteistä polttokennoista on ollut Bloom Energy (BE ) -palvelimia.

Lähde: Bloom Energy

Bloom’s focus has been on industrial sites, data centers, hospitals, retail centers, and other large facilities, together with the deployment of mikroverkkojens. It is also working on developing fuel cells for meriliikenteeseen.

Bloom saa suurimman osan tuloistaan polttokennojen ja elektrolyysilaitteiden myynnistä. Niiden osuus liikevaihdosta on 75 %, ja kaksi kolmasosaa myynnistä tulee Yhdysvalloista.

Yhtiön elektrolyysilaitteet käyttävät kiinteäoksiditekniikkaa, joka tuottaa megawattia kohti 20–25 % enemmän vetyä kuin vanhemmat protoninvaihtokalvoon (PEM) perustuvat menetelmät.

Lähde: Bloom Energy

Suurten laitosten polttokennojärjestelmien johtajana Bloom hyötyisi vedyn tuotannon halpenemisesta. Edullisemmat, platinattomat elektrolyysikatalyytit voivat toisaalta uhata yhtiön tarjoamia kiinteäoksidielektrolyysilaitteita.