Kaksi reittiä tehokkaampaan vedyn tuotantoon: katalyytit ja jätevesiliete

Vety voi varastoida energiaa käyttökohteisiin, joita on vaikea sähköistää suoraan. Niitä ovat esimerkiksi tietyt kemialliset prosessit, korkean lämpötilan teollisuus ja mahdollisesti osa raskaasta liikenteestä. Vety ei kuitenkaan ole primäärienergian lähde: se täytyy valmistaa, puristaa tai nesteyttää, kuljettaa ja muuntaa takaisin energiaksi. Jokaisessa vaiheessa syntyy häviöitä.

Polttokennon paikallinen sivutuote on pääasiassa vesi, mutta vedyn polttaminen voi muodostaa myös typen oksideja. Kokonaisilmastovaikutus riippuu tuotantotavasta, sähkön alkuperästä, metaani- ja vetyvuodoista sekä infrastruktuurista. Lisäksi tarvitaan puhdistettua vettä ja turvallista varastointia. Kaksi vuosina 2024–2025 julkaistua tutkimusta osoittaa mahdollisia parannuksia, mutta ei vielä kaupallista korvaajaa fossiiliselle vedylle.

Ensimmäinen reitti: itseoptimoituva happireaktion katalyytti

Veden elektrolyysissä tapahtuu kaksi puolireaktiota. Katodilla vedynkehitysreaktio (HER) tuottaa vetyä, ja anodilla hapenkehitysreaktio (OER) tuottaa happea. OER on usein hitaampi ja vaatii ylimääräistä jännitettä, joten anodimateriaali vaikuttaa hyötysuhteeseen.

Source: SpectroInlet

Johannes Gutenberg-Universität Mainzin, Technische Universität Darmstadtin, Max Planck Institute for Polymer Researchin, Harbin Institute of Technologyn, Shandong Universityn ja muiden laitosten tutkijat valmistivat koboltti-volframioksidin nanorakenteita laboratoriossa tehdylle kuparioksidialustalle. Tutkimus julkaistiin vuonna 2025 Angewandte Chemie International Edition -lehdessä nimellä Self-optimizing cobalt tungsten oxide electrocatalysts toward enhanced oxygen evolution in alkaline media.¹

Yksivaiheinen pinnoitus ja pinnan uudelleenjärjestyminen

Tutkijat kerrostivat märkäkemiallisella menetelmällä erilaisia koboltti- ja volframiesiasteiden suhteita kuparioksidille. Parhaan komposiitin rajapinta muuttui käytön aikana 1,0 M kaliumhydroksidiliuoksessa. Hapettuneista kobolttilajeista muodostui todellisia aktiivisia kohtia, ja happivälituotteiden sitoutuminen siirtyi volframilta koboltille.

Source: Angewandte Chemie

XPS-, ATR-FTIR- ja Raman-mittaukset sekä tiheysfunktionaaliteorian laskelmat tukivat mekanismia. Laskelmissa *OOH-välituotteen muodostuminen oli nopeutta määräävä vaihe. Testin aikana ylijännite ja Tafel-kulmakerroin pienenivät, kun taas virrantiheys, sähkökemiallisesti aktiivinen pinta-ala, kostuvuus ja sähkönjohtavuus kasvoivat.

Source: Angewandte Chemie

”Mittaamme selvästi pienempiä ylijännitteitä ja suurempia virrantiheyksiä sekä OER-kinetiikan huomattavan paranemisen.”
— Tutkimusryhmän tulos julkaisusta tiivistettynä

”Itseoptimoituva” tarkoittaa tässä, että katalyytin pinta järjestyi mitatuissa olosuhteissa suotuisasti uudelleen. Se ei tarkoita rajatonta itsekorjausta. Kyse oli emäksisessä elektrolyytissä tehdystä laboratoriokokeesta, joka ei osoittanut monivuotista käyttöikää, teollista elektrolyyseriä, järjestelmäkustannuksia tai toimintaa PEM-elektrolyyserin happamassa ympäristössä. Myös valmistuksen toistettavuus, metallien liukeneminen, skaalaus ja suorituskyky teollisilla virrantiheyksillä vaativat lisänäyttöä.

Toinen reitti: jätevesilietteestä vetyä ja proteiinia

Nanyang Technological Universityn, Monash Universityn ja University of Hong Kongin erillinen tutkimus julkaistiin Nature Water -lehdessä nimellä Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen.² Tutkimus yhdisti mekanokemiallisen esikäsittelyn, sähkökemiallisen reformoinnin ja mikrobien avulla tapahtuvan muunnon.

Hankalasta lietteestä useita tuotevirtoja

Jätevesiliete sisältää vettä, orgaanista ainetta, taudinaiheuttajia ja mahdollisesti raskasmetalleja. Kaatopaikka ja poltto kuluttavat energiaa ja voivat aiheuttaa päästöjä; anaerobinen mädätys ottaa energiaa talteen, mutta ei käsittele kaikkea orgaanista hiiltä. Tutkittu prosessi sisälsi:

1. märkäjauhatuksen ja emäshydrolyysin orgaanisten aineiden liuottamiseksi;
2. raskasmetallien poistamisen;
3. liuotetun orgaanisen aineen sähköreformoinnin, jossa katodilla muodostui vetyä ja nesteeseen muun muassa etikkahappoa;
4. jäljelle jääneen hiilen biologisen muuntamisen yksisoluproteiiniksi.

https://www.youtube.com/watch?v=nevcANJ9Fko

Source: Nature Water

Tutkijat raportoivat noin 91,4 prosentin orgaanisen kokonaishiilen talteenoton, ja yli 63 prosenttia hiilestä päätyi yksisoluiseen biomassaan. Koelaitteisto saavutti parhaimmillaan 49 prosentin sähköstä vedyksi -hyötysuhteen ja 10 prosentin auringosta vedyksi -hyötysuhteen. Luvut koskevat kyseistä laboratoriojärjestelmää, eivät kunnallisen laitoksen taattua suorituskykyä.

Ilmastoväite riippuu järjestelmärajasta

Vanha teksti kutsui koko prosessia varauksetta hiilettömäksi ja jopa hiilinegatiiviseksi. Elinkaariarviointi osoitti kuitenkin vahvan riippuvuuden sähkön lähteestä. Fossiilisella verkkosähköllä elektrolyyseri vastasi noin 83 prosentista sähkönkulutusta, eikä prosessi ollut paperin mukaan vielä polttoa kilpailukykyisempi. Sen päästöt olivat silti 92,3 prosenttia pienemmät kuin valitussa anaerobisen mädätyksen vertailussa.

Suoraan aurinkosähköllä tutkimus laski 99,5 prosentin päästövähennyksen samaan vertailuun nähden, ja vesivoimaskenaariossa prosessi saattoi olla nettoenergianielu. Nämä ovat portilta portille -mallinnuksen skenaarioita, eivät todiste jokaisen toteutuksen hiilinegatiivisuudesta. Tulos muuttuu sähkön hinnan ja alkuperän, lipeän valmistuksen, kuljetuksen, lietteen koostumuksen, mittakaavan, saantojen ja korvattaville tuotteille annettujen hyvitysten mukana.

”Toivomme menetelmän osoittavan, että lietettä voidaan käsitellä kestävästi ja tarkastella jätteen sijasta puhtaan energian ja kestävän proteiinin raaka-aineena.”
— Tohtori Hu Zhao, Nanyang Technological University

Myös ”vihreä ruoka” vaatii tarkennuksen. Tutkimus tuotti yksisoluproteiinia ja poisti raskasmetalleja tutkitusta virrasta, mutta käyttö eläinrehuna edellyttää taudinaiheuttajien, orgaanisten haitta-aineiden ja metallien johdonmukaista hallintaa sekä toksikologista, ravitsemuksellista ja sääntelyyn liittyvää hyväksyntää. Kyse ei ollut ihmisten ruokakokeesta.

Mitä tutkimukset merkitsevät vedylle?

Koboltti-volframitutkimus pyrkii parantamaan alkalisen vesielektrolyysin hidasta happireaktiota. Lietetyössä happireaktio korvattiin orgaanisen jätteen hapetuksella, jolloin vetyä voitiin valmistaa pienemmällä kennojännitteellä ja samalla käsitellä jätettä. Menetelmiä ei yhdistetty samaan laitteeseen.

Kaupallistaminen vaatii pitkäaikaiskokeita, aine- ja energiataselaskelmia, täydellisen elinkaariarvioinnin, turvallisuuden todentamisen, syötteen standardoinnin, pilottilaitoksia ja kustannusvertailun nykyisiin elektrolyysereihin sekä lietteenkäsittelyyn.

Sijoitusnäkökulma: volframi ja Almonty Industries

Volframia käytetään kovametalleissa, leikkaustyökaluissa, elektroniikassa, korkean lämpötilan sovelluksissa ja puolustuksessa. Sen käyttö yhdessä kokeellisessa katalyytissä ei tarkoita automaattisesti suurta uutta kysyntää vedyn tuotannosta. Katalyyttitutkimus ei arvioinut kaupallista materiaalitarvetta.

Almonty Industries tuottaa volframia Panasqueiran kaivoksesta Portugalissa ja kehittää Sangdongin kaivosta Etelä-Koreassa. Espanjan hankkeet ovat eri kehitysvaiheissa. Tuotantoa, rakennusvaiheen projekteja ja mineraalivaroja ei pidä laskea samanarvoisiksi tulonlähteiksi.

(ALM )

Source: Almonty

Helmikuun 2025 yritysesityksessä Sangdong oli vielä rakennushanke, jonka valmistumista tavoiteltiin vuoden 2025 puolivälissä. Aikataulu ei toteutunut: Almonty ilmoitti ensimmäisen malmikuorman toimituksesta kaivoksen varastokentälle joulukuussa 2025 ja virallisesta käyttöönottotilaisuudesta maaliskuussa 2026. Vakaan kaupallisen läpimenon ja suunnittelukapasiteetin saavuttaminen on erillinen toteutusriski.

Source: Almonty

Global Tungsten & Powdersin eli Plansee-konsernin yhtiön kanssa tehty 15-vuotinen ostosopimus sisälsi hintamekanismin, joka teknisen aineiston mukaan vastasi 235 Yhdysvaltain dollarin APT-viitehintaa MTU-yksikköä kohti. Se ei takaa voittomarginaalia. Maksettava rikastehinta, laatu, talteenotto, toimitusmäärät, rakennuskulut, rahoitus ja käyttökustannukset vaikuttavat tulokseen. Vanha teksti vertasi hintalattiaa suoraan yhtiön 110 dollarin käteiskustannusarvioon ja kutsui korkeaa marginaalia lähes varmaksi; vertailu sivuutti sopimuskaavat, rojaltit, tuotannon ylösajon ja kustannusylitykset.

Almonty tarjoaa altistusta Kiinan ulkopuoliselle strategiselle volframitarjonnalle, mutta siihen liittyy kaivos-, rakennus-, metallurgia-, hyödykehinta-, rahoitus-, osakelaimennus-, lupa- ja maariskejä. Kiinan vientirajoitusten jälkeinen kurssinousu ei todista pysyvää hintapreemiota tai tulevaa tulosta.

Johtopäätös

Tutkimukset esittävät kaksi erilaista tapaa parantaa vedyn tuotantoa: alkalisen OER-katalyytin käytönaikaisen pintamuutoksen ja jätevesilietteen orgaanisten aineiden sähköreformoinnin, joka tuottaa vetyä ja biomassaa. Molemmat ovat laboratoriotuloksia, joiden skaalaus on avoin kysymys.

Sijoittajan on erotettava tutkimus, kaupallinen elektrolyysijärjestelmä, jätteenkäsittelylaitos ja volframikaivos toisistaan. Almonty voi hyötyä volframin kysynnästä, mutta yksittäinen vetyä koskeva tutkimus ei muodosta yhtiölle liikevaihtoennustetta.

Viitteet

^{1. Nickel, C., Troglauer, D. L., Dallos, Z. et al. Self-optimizing cobalt tungsten oxide electrocatalysts toward enhanced oxygen evolution in alkaline media. Angewandte Chemie International Edition 64 (2025). https://doi.org/10.1002/anie.202424074.}

^{2. Zhao, H., Sun, Z., Li, C. et al. Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen. Nature Water 2, 1102–1115 (2024). https://doi.org/10.1038/s44221-024-00329-z.}