ニッケルベースの電解による水素生産の進展

水素生産のための電解の前進

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.

水素は化石燃料に代わる有力な候補と見なされています。これは、燃料電池のおかげで輸送分野で、そして電化が不可能な場合に水素の高燃焼温度が石炭や天然ガスに代わることができる産業プロセスで当てはまります。

問題は、水素が天然ガスのように容易にアクセスできる自然の埋蔵物としてはあまり見つからないことです。その代わりに人工的に生成する必要があり、電解が最も一般的に使用される方法です。

電解は水を水素と酸素に分解することです。現在の電解方法の問題点として、低効率（エネルギーの無駄）と高コストがあり、主にプラチナのような高価な触媒が原因です。

A research team from Korea might have found a way to both boost efficiency and replace the expensive catalysts with much more affordable and abundant nickel.

ニッケルナノアレイによる水素生産の促進

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.

出典: POSTECH

問題は、生成された水素が触媒に「くっついた」ままで、水に届くのを妨げ、継続的に働くことができない点です。これにより効率が低下し、必要なエネルギーが増加し、最終的には本来必要以上に高価な触媒が求められます。

代わりに、金鍾奎教授とそのチームは、完全に垂直に揃っていない精巧なニッケルナノロッド突起を作成しました。ニッケルロッドのナノ構造と傾斜角度は「超撥気性」と呼ばれ、水素バブルがより容易に離脱するようになります。

これにより、水が触媒に届くスペースが確保され、電解がより効率的になります。

出典: POSTECH

This can dramatically boost the efficiency of the process, with a remarkable 55x improvement in hydrogen production efficiency compared to an equivalent amount of nickel in a traditional thin film structure.

ニッケル触媒を超える展開

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?

より良い電解

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.

現在、世界で生産される水素の大部分は天然ガスから作られています。これは経済的に有利ですが、二酸化炭素排出削減のために水素を生産するという目的に反します。

真にカーボンニュートラルな水素を得るには、再生可能エネルギーで発電した電力から製造する、いわゆる「グリーン水素」が必要です。

グリーン水素サプライチェーン全体のコストを削減できる方法は、化石燃料に代わる実用的な選択肢に近づく一歩です。

これは、従来型の高効率・高コストなプラチナ触媒にも当てはまり得ますが、ニッケルロッドとの組み合わせが考えられます。

これは、ルテニウム、シリコン、タングステン（RuSiW）など、最近発見されたコスト効果の高い電解触媒にも適用できる可能性があり、当社の記事「グリーン水素は新しい電気触媒が製造コストを効果的にすることでグレー水素に取って代わる」で取り上げました。

より良い水素サプライチェーン

Electrolysis is also just one of the steps that can be improved to make hydrogen a keystone of our energy systems.

電解は、水素をエネルギーシステムの要として位置付けるために改善できるステップの一つに過ぎません。

例えば、より優れた燃料電池は水素車をEVの強力な競争相手にする可能性があり、当社の記事「バッテリーセルは水素燃料電池への前段階にすぎないのか？次世代EVの真実」で議論しました。

そして、より効率的な大規模蓄電ソリューションは水素の取り扱いと流通を大幅に容易にし、当社の記事「水素は貯蔵技術の突破によりエネルギー源としてより魅力的になった」で取り上げました。

他の潜在的な応用

The use of inclined nanorods for creating super-aerophobicity could have applications beyond hydrogen.

傾斜ナノロッドを用いた超撥気性の創出は、水素以外にも応用が考えられます。

The first effect is that with cheap and efficient hydrogen production comes equally efficient ammonia production. Ammonia has a few significant advantages over hydrogen for applications like fuel for shipping, something we discussed in “グリーンアンモニアで世界の航路を脱炭素化“.

Professor Jong Kyu Kim also mentioned that nanorods technology could benefit other chemical processes involving gas.

「グリーン水素生産のための水電解プロセスの効率を高めることで、私たちは水素経済とカーボンニュートラル社会へと前進しています。」

このブレークスルーは水電解に利益をもたらすだけでなく、表面反応が重要な役割を果たす二酸化炭素還元や光エネルギー変換システムなど、さまざまな再生可能エネルギー応用にも期待が持てます。

したがって、このイノベーションは水素を超えて、炭素捕集や人工光合成にも重大な影響を与える可能性があり、当社は「人工光合成と生分解性：持続可能性を念頭にプラスチック問題に立ち向かう」でその探求を始めました。

水素ソリューション企業

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はAkerグループの子会社で、グリーンエネルギーを中心に展開しています。Akerグループは再生可能エネルギーと海洋/オフショア事業に焦点を当てた重要なノルウェーのコングロマリットです。Aker Horizonsは炭素捕集、グリーン水素、再生可能エネルギーなど複数の子会社を持つ持株会社です。

出典: Aker

同社は特に水素とグリーンアンモニアの生成に積極的で、特にノルウェーにおける北極航路の脱炭素化を目指しています。

Aker Horizonsはオフショア風力から水素生成、グリーンアンモニア製造まで、グリーン水素・アンモニアの垂直統合を全て担うことができます。

フランスでの廃棄物発電、ドイツのバイオマスプラント、そして中東（サウジアラビアとUAE）での炭素捕集プロジェクトにも取り組んでいます。

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.

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は燃料電池メーカーで、1993年に初の燃料電池バスを導入した技術のパイオニアです。

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.

出典: 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.

出典: 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.