Energie
Waterstof genereren door water te splitsen met ingebedde Swarf
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Waterstof en elektrolysekosten
Hydrogen is een veelbelovende brandstof voor een groene economie, van transport tot energieopslag, en kan de enige realistische koolstofvrije alternatieve brandstof zijn voor veel sectoren zoals scheepvaart en luchtvaart.
Een belangrijke factor die de opkomst van de waterstofeconomie heeft tegengehouden, is de kostprijs, met name de kosten van waterstofproductie.
Groene waterstof (uit hernieuwbare energie) wordt voornamelijk geproduceerd via elektrolyse, wat veel energie en katalysatoren vereist. Dergelijke katalysatoren zijn vaak duur, omdat ze meestal afhankelijk zijn van metalen zoals platina. Hoe meer platina er wordt gebruikt, hoe duurder de elektrolyser.
Niet alleen zijn metalen zoals platina duur, ze zijn ook uiterst zeldzaam en zouden in een tekort komen als waterstof massaal als energiebron zou worden geadopteerd.
So, it was important news that researchers announced a drastic reduction in the catalyst requirement for electrolysis.
“We kunnen waterstof uit water produceren met slechts een tiende van de hoeveelheid platina die wordt gebruikt in vergelijking met state-of-the-art commerciële katalysatoren.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham.
Goedkope elektrolyse met Swarf (schrootmetaal)
This discovery was made by researchers at the University of Nottingham, UK, and published in the Journal of Material Chemistry, under the title “From scrap metal to highly efficient electrodes: harnessing the nanotextured surface of swarf for effective utilization of Pt and Co for hydrogen production”.
De eerste bevindingen kwamen voort uit de analyse van swarf op nanoschaal. Swarf is schrootmetaalspiraal die ontstaat als afval bij het bewerken van metalen zoals roestvrij staal, titanium of nikkellegeringen. Alleen al de industrieën in het VK produceren jaarlijks miljoenen tonnen metaalafval.
Bron: Nottingham University
Bij het analyseren van deze swarfs met een elektronenmicroscoop ontdekten de onderzoekers dat, in tegenstelling tot een glad oppervlak, deze metaalafvalproducten groeven en ribben hadden die slechts enkele tientallen nanometers breed waren.
Deze zeer complexe structuren en enorme contactoppervlakken zouden ideale substraten vormen voor elektrokatalysatoren die worden gebruikt bij elektrolyse voor waterstofproductie.
Magnetische platina regen op Swarfs
To add platinum atoms to the swarf, the researchers used a technique called magnetron sputtering. This is a technique used in semiconductor production to deposit an ultra-thin film of metal, thanks to powerful magnetic fields.
Bron: Korvus Tech
This method “rains” platinum atoms upon the swarf, and deposits them in the nanometer-sized grooves and ridges.
“Door slechts 28 microgram van het edelmetaal over 1 cm² van de swarf te verspreiden, konden we een laboratorium‑schaal elektrolyser creëren die met 100% efficiëntie werkt en 0,5 liter waterstofgas per minuut produceert, alleen van één stuk swarf.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham.
This method allowed for the creation of 2 types of hydrogen-generating electrocatalysts:
- Titanium swarf met platina-atomen als katalysator, voor de waterstofontwikkelingsreactie (HES).
- Nikkel swarf met kobalt-atomen als katalysator, voor de zuurstofontwikkelingsreactie (OER).
The Nottingham researchers are now working with the company AqSorption to scale up the technology.
Hydrogeninnovaties samenbrengen
Nieuwe katalysatorparadigma’s
The building of the hydrogen economy will require that every step of the hydrogen production and distribution chain become as efficient as possible.
Tot voor kort maakte de zeldzaamheid en hoge kosten van op platina en kobalt gebaseerde katalysatoren het noodzakelijk om alternatieve katalysatoren te ontdekken. Bijvoorbeeld, we bespraken de mogelijkheid om nikkelnanorods te gebruiken in “Hydrogen Production Advancements with Nickel Based Electrolysis” en alternatieve katalysatoren zoals ruthenium, silicium en wolfraam (RuSiW) in “Green Hydrogen Set to Replace Grey as New Electrocatalysts Make Production Cost-Effective”.
The discovery of using swarf could remove the need for such new catalysts.
Misschien kunnen deze innovaties worden gecombineerd om nog efficiëntere nieuwe soorten katalysatoren te creëren. Anderzijds, nu de benodigde hoeveelheid platina met een factor tien kan worden verminderd, zou het gebruik van nanorods van platina om ultra‑hoge katalyse‑efficiëntie te bereiken een optie kunnen zijn.
Waterstoftechnologie verbetert & Ammoniak
This will likely combined with other innovations, like more efficient storage of hydrogen as discussed in “Hydrogen Just Became More Attractive as an Energy Source Through Containment Breakthrough“. Efficient conversion of hydrogen into power as discussed in “Are Battery Cells Just Precursor to Hydrogen Fuel Cells? The Real Next-Gen of EVs?”.
Finally, the high-efficiency, low-cost hydrogen electrolysis, storage, and utilization could be combined with mass usage of ammonia as a fuel, transport, and long-term storage form of hydrogen, as discussed in “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia” and “Ammonia Production is Hugely Detrimental to the Environment – Engineers Have Just Developed a Cleaner Method”.
Op waterstof gerichte bedrijven
1. Sibanye Stillwater
SBSW Prijsgrafiek
Het gebruik van swarf voor waterstofproductie zou de haalbaarheid van massale adoptie van groene waterstof drastisch kunnen vergroten door platina‑gebaseerde elektrolyse economisch haalbaar te maken.
Dit zou een enorme impuls kunnen geven aan de platina‑markt, die de afgelopen jaren onder druk heeft gestaan.
Een belangrijk onderdeel van de onderprestaties van platina was de sterke afhankelijkheid van de vraag naar katalysatoren in brandstofauto’s en -vrachtwagens. Nu de wereld zich naar elektrische voertuigen beweegt, werd de levensvatbaarheid van de vraag naar dit metaal in twijfel getrokken.
Bron: Sibanye Stillwater [securities_stock_price_tag symbol="SBSW" exchange="NYSE"]
Alternatief, als platina‑gebaseerde elektrolyse met schrootmetaal uit de lucht- en ruimtevaartindustrie het centrum van de waterstofeconomie wordt, is de vraag naar platina voor de komende decennia verzekerd.
Zuid-Afrikaanse Sibanye Stillwater is een van de grootste platina‑producenten ter wereld. Het land produceert 80% van het wereldwijde platina, en Sibanye Stillwater is verantwoordelijk voor een kwart van die productie.
Bron: Mining Technology
Het produceert ook elementen van de platina‑metaalgroep zoals palladium, rhodium en ruthenium. Het diversifieert momenteel om de goud‑ en batterij‑metalenmarkten te betreden.
Bron: Sibanye Stillwater
De platina‑markt is gedomineerd door de discussie over de adoptie van elektrische voertuigen versus verbrandingsmotoren (ICE). Met snelle innovatie in het gebruik van waterstof‑elektrolyse met platina en andere elementen van de platina‑metaalgroep, zou dit kunnen veranderen.
Platina is ook vereist in de meeste ontwerpen van brandstofcellen die waterstof omzetten in elektriciteit. Dus over het geheel genomen zou de voortgang in waterstoftechnologie, inclusief elektrolyse op basis van swarf, maar niet alleen, ten goede moeten komen aan platina‑gerichte mijnbouwbedrijven zoals Sibanye Stillwater.
2. Ballard Power Systems Inc.
BLDP Prijsgrafiek
Ballard is een brandstofcelproducent en een pionier in de technologie met zijn eerste brandstofcelbus die in 1993 werd geproduceerd.
Het bedrijf richt zich op zware markten: bussen, vrachtwagens, treinen/trams, schepen, mijnbouw/constructie en energie. Terwijl bussen de kern van de business vormen, verwacht het bedrijf dat tegen 2025 vrachtwagens een belangrijk segment zullen zijn. Het verwacht ook dat Europa zijn belangrijkste markt blijft (50‑60%), gevolgd door Noord‑America (25%).
Brandstofcellen voor vrachtwagens worden verwacht te blijven groeien en vertegenwoordigen een markt van $7,5 mrd in 2030 (van een totale adresseerbare markt van $195 mrd), bijna zo groot als alle andere waterstof‑/brandstofceltoepassingen samen. Deze groei zou kunnen versnellen als de prijzen voor waterstofproductie dalen dankzij nieuwe technologieën.
Bron: Ballard
Vanwege het hogere vermogen dat vereist is, en de behoefte aan snel opladen, zijn zware voertuigen een goede markt voor waterstof en brandstofcellen vergeleken met lichtere voertuigen zoals auto’s. Het vermindert ook de noodzaak voor bovenleiding voor spoor en trolleybussen, en snel opladen voor langeafstandstransport.
Bron: Ballard
Het bedrijf is ook niet onbekend met ammoniak, bijvoorbeeld met een recent contract met Amogy om brandstofcellen te leveren voor hun “ammonia‑to‑power platform dat afhankelijk is van unieke ammoniak‑crackingtechnologie”.
Hoewel elektrische voertuigen een redelijke kans hebben om snel de automarkt over te nemen, zijn zwaardere voertuigen moeilijker te decarboniseren. Met zijn gevestigde leiderschap in de sector zou Ballard een belangrijke begunstigde zijn van een beleidsduw naar een waterstofeconomie.
Waterstofproductie wordt snel goedkoper dankzij vooruitgang in katalysatoren die de brandstofkosten van waterstofvoertuigen mechanisch verlagen. Met stijgende olieprijzen door geopolitieke spanningen en groeiende koolstofbelastingen, zou dit de balans in het voordeel van waterstof kunnen doen kantelen, vooral voor voertuigen die veel vermogen nodig hebben en veel kilometers afleggen (vrachtwagens, bussen, enz.).
