ऊर्जा
निकेल-आधारित इलेक्ट्रोलिसिस के साथ हाइड्रोजन उत्पादन में प्रगति
हाइड्रोजन उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के साथ आगे बढ़ना
Hydrogen is considered a serious candidate for replacing fossil fuels. This is true in transportation, thanks to fuel cells, and in industrial processes where hydrogen’s high combustion temperature can replace coal & natural gas when electrification is not an option.
एक समस्या यह है कि हाइड्रोजन अक्सर प्राकृतिक गैस जैसी आसानी से उपलब्ध प्राकृतिक जमा में नहीं मिलता। इसके बजाय इसे कृत्रिम रूप से उत्पन्न करना पड़ता है, और इलेक्ट्रोलिसिस सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि है।
इलेक्ट्रोलिसिस पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में तोड़ने की प्रक्रिया है। वर्तमान में इलेक्ट्रोलिसिस के तरीके में कम दक्षता (ऊर्जा बर्बाद होना) और उच्च लागत जैसी समस्याएँ हैं, मुख्यतः प्लेटिनम जैसे महंगे उत्प्रेरकों के कारण।
कोरिया की एक शोध टीम ने दक्षता को बढ़ाने और महंगे उत्प्रेरकों को अधिक किफायती और प्रचुर मात्रा में उपलब्ध निकेल से बदलने का तरीका खोज लिया हो सकता है।
हाइड्रोजन उत्पादन को बढ़ाने वाले निकेल नैनोएरेज़
The researchers of Professor Jong Kyu Kim’s team at the Department of Materials Science and Engineering at POSTECH (Pohang University, Korea) have been looking to solve a major issue with hydrogen electrolysis.
स्रोत: POSTECH
समस्या यह है कि उत्पादन के बाद हाइड्रोजन उत्प्रेरक से “चिपक” जाता है, जिससे वह अधिक पानी तक नहीं पहुंच पाता और काम जारी नहीं रख पाता। इससे दक्षता घटती है, आवश्यक ऊर्जा बढ़ती है और अंततः आवश्यक से अधिक महंगे उत्प्रेरकों की जरूरत पड़ती है।
इसके बजाय प्रोफेसर जोंग क्यू किम और उनकी टीम ने निकेल के सूक्ष्म रूप से निर्मित, पूरी तरह से लंबवत नहीं संरेखित नैनोरॉड उभार बनाए हैं। निकेल रॉड की नैनोस्ट्रक्चर और झुका हुआ कोण “सुपर-एरोफोबिकता” प्रदर्शित करता है, जिससे हाइड्रोजन बबल्स आसानी से अलग हो जाते हैं।
यह बदले में पानी को उत्प्रेरक तक पहुंचने के लिए स्थान मुक्त करता है और अधिक कुशल इलेक्ट्रोलिसिस को संभव बनाता है।
स्रोत: POSTECH
यह प्रक्रिया की दक्षता को नाटकीय रूप से बढ़ा सकता है, पारंपरिक पतली फिल्म संरचना में समान मात्रा के निकेल की तुलना में हाइड्रोजन उत्पादन दक्षता में उल्लेखनीय 55 गुना सुधार के साथ।
निकेल उत्प्रेरकों से परे विस्तार
The technology used nanorods of nickel but does not have to be limited to this metal. In fact, this metal of oblique nanorods reducing hydrogen adhesion can theoretically be used with any other catalyst. So, what does it mean for hydrogen prospects?
बेहतर इलेक्ट्रोलिसिस
Currently, most hydrogen produced in the world is made from natural gas. This is economically more profitable but defeats the purpose of producing hydrogen to reduce carbon emissions.
वास्तविक कार्बन-न्यूट्रल हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए, नवीकरणीय स्रोतों से उत्पन्न बिजली से इसे बनाना आवश्यक है, जिसे आमतौर पर “ग्रीन हाइड्रोजन” कहा जाता है।
ग्रीन हाइड्रोजन आपूर्ति श्रृंखला की कुल लागत को कम करने वाली कोई भी विधि इसे जीवाश्म ईंधनों के एक व्यवहार्य विकल्प के करीब ले जाती है।
यह “क्लासिकल” उच्च-क्षमता, उच्च-लागत वाले प्लेटिनम उत्प्रेरकों के लिए सत्य हो सकता है, संभवतः निकेल रॉड के साथ संयोजन में।
यह अन्य हाल ही में खोजे गए किफायती इलेक्ट्रोलिसिस उत्प्रेरकों, जैसे रूथेनियम, सिलिकॉन और टंग्स्टन (RuSiW) पर भी लागू हो सकता है, जैसा कि हमने अपने लेख “Green Hydrogen Set to Replace Grey as New Electrocatalysts Make Production Cost-Effective” में कवर किया था।
बेहतर हाइड्रोजन आपूर्ति श्रृंखला
Electrolysis is also just one of the steps that can be improved to make hydrogen a keystone of our energy systems.
उदाहरण के लिए, बेहतर फ्यूल सेल्स हाइड्रोजन वाहनों को इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) के मजबूत प्रतिस्पर्धी बना सकते हैं, जैसा कि हमने अपने लेख “Are Battery Cells Just Precursor to Hydrogen Fuel Cells? The Real Next-Gen of EVs?” में चर्चा की थी।
और अधिक कुशल बड़े पैमाने पर भंडारण समाधान हाइड्रोजन को संभालने और वितरित करने को बहुत आसान बना सकते हैं, जैसा कि हमने अपने लेख “Hydrogen Just Became More Attractive as an Energy Source Through Containment Breakthrough” में बताया था।
संभावित अन्य अनुप्रयोग
The use of inclined nanorods for creating super-aerophobicity could have applications beyond hydrogen.
पहला प्रभाव यह है कि सस्ती और कुशल हाइड्रोजन उत्पादन के साथ समान रूप से कुशल अमोनिया उत्पादन भी आता है। अमोनिया के कुछ महत्वपूर्ण लाभ हैं जो शिपिंग के लिए ईंधन जैसी अनुप्रयोगों में हाइड्रोजन से बेहतर हैं, जैसा कि हमने “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia” में चर्चा की थी।
प्रोफेसर जोंग क्यू किम ने यह भी उल्लेख किया कि नैनोरॉड तकनीक अन्य गैस-संबंधी रासायनिक प्रक्रियाओं को लाभ पहुंचा सकती है।
“ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन के लिए जल इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया की दक्षता को बढ़ाकर, हम हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था और कार्बन-न्यूट्रल समाज की ओर प्रगति कर रहे हैं।
यह प्रगति जल इलेक्ट्रोलिसिस को लाभ पहुंचाती है और विभिन्न अन्य नवीकरणीय ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए आशा रखती है जहाँ सतह प्रतिक्रियाएँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड कमी और प्रकाश ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली।”
इसलिए यह नवाचार हाइड्रोजन से परे जा सकता है, और कार्बन कैप्चर तथा कृत्रिम प्रकाशसंश्लेशन पर गंभीर प्रभाव डाल सकता है, एक विचार जिसे हमने “Artificial Photosynthesis and Biodegradability: Combating Plastic Menace with Sustainability in Mind” में शुरू किया था।”
हाइड्रोजन समाधान कंपनियां
1. Aker Horizons ASA
The discovery on how to use nickel nanorods is just the latest in a series of innovations boosting the prospects of hydrogen as an alternative fuel and energy storage solutions. So it might pay off to have a diversified exposure to all the stages of the hydrogen supply chain.
Aker Horizons is a subsidiary of the Aker group, which is centered around green energy. The Aker group is an important Norwegian conglomerate focusing on renewables and marine/offshore businesses. Aker Horizon is the holding company for several subsidiaries, including carbon capture, green hydrogen, and renewable energies.
स्रोत: Aker
The company is notably very active in hydrogen and green ammonia generation, with a goal to decarbonize Arctic shipping, especially in Norway.
Aker Horizons can handle the entire vertical integration of green hydrogen & ammonia, from offshore windmills to hydrogen generation to green ammonia production.
It is also working on projects like waste-to-energy in France, a biomass plant in Germany, and carbon capture in the Middle East (Saudi Arabia and UAE).
This makes it a good stock for investors looking for exposure to the green energy sector at large, with a strong positioning on green ammonia & shipping, but also other green energies, and some geographical diversification.
2. Ballard Power Systems Inc.
(BLPD )
We are not sure yet what will be the main market for hydrogen. It might be power generation and car fuel, but it might also stay confined to more heavy duty tasks that are harder to electrify.
Ballard is a fuel cell manufacturer, and a pioneer of the technology with its first fuel cell bus in 1993.
The company is focused on heavy-duty markets: buses, trucks, trains/trams, ships, mining/construction, and power. While buses have been the core of the business, the company expects that by 2025 trucks will be a major business segment. It also expects Europe to stay its main market (50-60%), followed by North America (25%).
Trucking fuel cells are expected to keep growing and represent a $7.5B market in 2030 (from a $195B TAM), almost as large as all the other hydrogen/fuel cell applications combined.
This growth could accelerate if hydrogen production prices decline thanks to new technologies like improved and cheaper electrolysis.
स्रोत: Ballard
Because of the higher power required and the need for quick charging, heavy-duty vehicles have been a good market for hydrogen and fuel cells over lighter vehicles like cars. It also reduces the need for catenary wire for rail and trolley buses.
स्रोत: Ballard
The company is not a stranger to ammonia either, with for example a recent contract with Amogy to provide it with fuel cells for its “ammonia-to-power platform which relies on unique ammonia cracking technology”.
While EVs have a reasonable chance to take over the car markets quickly, heavier vehicles are harder to decarbonize.
With its established leadership in the sector, Ballard would be a prime beneficiary of a policy push toward a hydrogen economy, as well as quickly declining hydrogen production cost from nickel-based electrolysis.
