Grønt hydrogen på vei til å erstatte grått når nye elektrokatalysatorer gjør produksjonen kostnadseffektiv

Billigere og grønnere hydrogen

Grønt hydrogen er idéen om å produsere hydrogen som drivstoff fra fornybare energikilder, og dermed et alternativ til fossile brensler. Imidlertid krever produksjon av hydrogen gjennom elektrolyse dyre og sjeldne metaller fra platina-familien.

Koreanske forskere Prof. Jungki Ryu ved School of Energy and Chemical Engineering på UNIST og Prof. Dong-Hwa Seo fra Department of Materials Science and Engineering ved KAIST har oppdaget en ny type katalysator, ruthenium, for å unngå bruk av platina eller iridium.

Mer presist, det baserer seg på en mye billigere og mindre miljøskadelig legering av ruthenium, silisium og tungsten (RuSiW).

Hydrogenregnbuen

Hydrogen er det mest abundante atomet i universet, men er ikke lett å finne som drivstoff på jorden.

Foreløpig er mest hydrogen som produseres såkalt “grått hydrogen”, laget ved bruk av metan (naturgass), som slipper ut mye karbon i atmosfæren. Dette er bare én av de mulige “fargene” av hydrogen:

• Grått/brunt hydrogen: produsert fra fossile brensler.
• Blått hydrogen: produsert fra fossile brensler, men med karbonfangst.
• Rosa hydrogen (noen ganger også kalt gult hydrogen): produsert fra kjernekraft.
• Turkis hydrogen: produsert fra pyrolyse av metan. Dette bryter ned metan til hydrogen og fast karbon. Det faste karbonet kan lagres eller brukes i applikasjoner som karbonfiber.
• Grønt hydrogen: produsert fra fornybar energi.

Grønt hydrogen er den ideelle situasjonen og et mål for de fleste klimabevisste. Produksjonen avhenger av en prosess kalt elektrolyse, som bryter ned vannmolekyler til gassformig hydrogen og oksygen. Dette er en ganske energikrevende prosess, som også er avhengig av katalyselementer fra platina-gruppen.

Jakten på grønt hydrogen

Grønt hydrogen er en viktig del av puslespillet for å dekarbonisere økonomien, da det kan dekke anvendelser som elektrisitet alene ikke kan. For eksempel kan det redusere karbonutslippene fra tradisjonelle stålproduksjonsprosesser med 95 %. Stålproduksjon utgjør 11 % av de globale utslippene. Det kan også brukes av brenselceller til å drive motorer i biler, lastebiler og båter.

Det kan også brukes direkte for energilagring eller til å produsere ammoniakk, en god kandidat for drivstoff til langdistansesjøfart eller langsiktig energilagring, noe vi diskuterte i artikkelen “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks“.

Det har lenge vært kjent at ruthenium kan tilby et alternativ til platina, men det har hatt begrensninger:

• lavere katalytisk aktivitet sammenlignet med platina.
• lavere stabilitet sammenlignet med iridium.

Denne nylige oppdagelsen fant at tilstedeværelsen av silisium rundt ruthenium‑atomet øker absorpsjonsintensiteten av H⁺ på katalysatoroverflaten.

Stabiliteten økes ved en tynn wolframfilm med en tykkelse på 5–10 nm som beskytter rutheniums katalytiske sted. Dette er samme type teknikk som brukes i produksjon av halvledere, hvor wolfram i gassform deponeres i et svært tynt lag over silisiumbrikken.

Sektorer som vil dra nytte

Ved å gjøre produksjon av grønt hydrogen billigere og mer miljøvennlig, kan denne oppdagelsen gi et løft til flere sektorer:

• Produsenter av brenselceller, hvis motorøkonomi vil dra nytte av billigere drivstoff.
• Produsenter av grønt hydrogen, kan oppnå større marginer og se hydrogen få større markedsandel i energimarkedene.
• Produsenter av grønn ammoniakk. Ikke bare vil de få tilgang til billigere hydrogen for ammoniakkproduksjon, men masseadopsjon av ammoniakk krever katalysatorer for å redusere giftige og «superdrivhusgasser» NOx. Dette krever vanligvis også platina, men kanskje RuSiW også kan gjøre jobben her?
• Fornybar energisektor, da masseproduksjon av grønt hydrogen vil gi en utløsning for «overskudds» energi i perioder med sterk sol eller vind.

Selskaper som vil dra nytte

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon er et datterselskap av Aker-gruppen med fokus på grønn energi. Gruppen er et viktig norsk konglomerat, med fokus på fornybare energikilder og marine/offshore virksomheter. Aker Horizon er holdingselskapet for flere datterselskaper, inkludert karbonfangst, grønt hydrogen og fornybar energi.

Kilde: Aker

Selskapet er spesielt svært aktivt innen hydrogen- og grønn ammoniakkproduksjon, med mål om å dekarbonisere arktisk skipsfart, og erstatte fossile brensler med hydrogenbaserte drivstoff.

Kilde: Aker

Dermed er Aker i en god posisjon til å dra nytte av kostnadsreduksjon i produksjon av grønt hydrogen. De kan håndtere hele den vertikale integrasjonen av grønn ammoniakk, fra offshore vindmøller til hydrogenproduksjon til grønn ammoniakkproduksjon.

De jobber også med prosjekter som avfall‑til‑energi i Frankrike, et biomasseanlegg i Tyskland, og karbonfangst i Midtøsten (Saudi-Arabia og UAE).

Dette gjør det til en god aksje for investorer som ønsker eksponering mot den brede grønne energisektoren, med en sterk posisjon innen grønt hydrogen og grønn ammoniakk, men også andre grønne energier, samt noe geografisk diversifisering.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) er en leder innen grønt hydrogen, med fokus på brenselceller. Merkverdig nok driver deres brenselceller over 40 000 gaffeltrucker, med inntekter som har økt 8‑fold siden 2013. De er også aktive i å bygge hydrogeninfrastruktur som hydrogenproduksjon, logistikk, kraftproduksjon i stor skala og leveranser.

Selskapet har som mål å oppnå skala for å redusere produksjonskostnadene fra $10/kg til $4/kg, samtidig som de øker produksjonen 14‑fold innen 2027. Selvfølgelig vil nye teknologier som unngår behovet for platina i elektrolyse også hjelpe.

Kilde: Plug Power

På grunn av massive investeringer for å øke produksjonskapasiteten 19‑fold siden 2020, er selskapet ennå ikke lønnsomt. Dette førte til nesten dobbel inntekt fra begynnelsen til slutten av 2023.

Det meste av nåværende og forventet virksomhet forventes å komme fra Nord-Amerika. Selskapets strategiske oppkjøp, som United Hydrogen og Giner ELX, har ytterligere styrket deres posisjon i hydrogenøkonomien ved å forbedre deres evner innen hydrogenproduksjon, flytning og distribusjon.

Selskapet ser sin løsning enten som et direkte mobilitetsdrivstoff, eller som et supplement til elbiler, da hydrogen gjør det mulig å redusere belastningen på nettet fra toppbelastning av elbiler som ikke samsvarer med produksjonstidene for fornybar energi i løpet av dagen.

Kilde: Plug Power

Som en stor produsent av brenselceller vil Plug Power dra stor nytte av en overgang til en hydrogen-/ammoniakkbasert økonomi. Dette gjør Plug Power til en god aksje for å satse på en generell overgang til hydrogen, med eller uten ammoniakk. Fokus på kostnader og skala er også prisverdig.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard er en annen produsent av brenselceller, og en pioner innen teknologien med sin første brenselcellebuss i 1993.

Selskapet fokuserer på tungtmarkedene: busser, lastebiler, tog/trikker, skip, gruvedrift/konstruksjon og kraft. Mens busser har vært kjernen i virksomheten, forventer selskapet at lastebiler innen 2025 vil bli et viktig forretningssegment. De forventer også at Europa vil forbli hovedmarkedet (50‑60 %), etterfulgt av Nord-Amerika (25 %).

Brenselceller for lastebiler forventes å fortsette å vokse og representere et marked på 7,5 milliarder dollar i 2030 (fra et total tilgjengelig marked på 195 milliarder dollar), nesten like stort som alle andre hydrogen‑/brenselcelleapplikasjoner kombinert. Denne veksten kan akselerere dersom prisene på hydrogenproduksjon faller takket være nye teknologier.

Kilde: Ballard

På grunn av det høyere kraftbehovet og behovet for rask lading, har tunge kjøretøy vært et godt marked for hydrogen og brenselceller sammenlignet med lettere kjøretøy som biler. Det reduserer også behovet for kontaktledninger for jernbane og trolleybusser, samt rask omlading for langdistansetransport.

Kilde: Ballard

Selskapet er heller ikke ukjent med ammoniakk, med for eksempel en nylig kontrakt med Amogy for å levere brenselceller til deres «ammoniakk‑til‑kraft‑plattform som baserer seg på unik ammoniakk‑spaltingsteknologi».

Mens elbiler har en rimelig sjanse til raskt å ta over bilmarkedet, er tyngre kjøretøy vanskeligere å dekarbonisere. Med sin etablerte ledelse i sektoren vil Ballard være en primær mottaker av en politisk satsing mot en hydrogenøkonomi.

4. Seaborg

Seaborg er et dansk selskap som utvikler en kompakt smeltet salt-reaktor som også er et flytende kraftverk på opptil 800 MW.

Kilde: Seaborg

Den havbaserte utformingen av Seaborgs kjernekraftreaktorer gjør den godt egnet for kystnasjoner, med pågående diskusjoner med Indonesia og Norge.

Seaborg samarbeider også med den globale lederen innen skipsbygging, Samsung Heavy Industries, for å utvikle flytende kjernekraftverk kombinert med hydrogen- og ammoniakkanaler.

Selv om det ofte foretrekkes av grønne politiske tiltak og aktivister, er det ingen krav om at hydrogen produseres med grønn elektrisitet for å redusere karbonutslipp, kun at kraften kommer fra en lavkarbonkilde. Så kjernekraft er også et alternativ.

Dermed kan Seaborg bli en integrert del av en kjernekraftdrevet hydrogen‑ og ammoniakkøkonomi. Og dens enkle distribusjon og flyttbarhet av kjernekraftreaktorer kan være et flott alternativ for å levere hydrogen til havner.

De kan til og med rotere i henhold til sesongmessig etterspørsel, for eksempel ved å bli i den nordlige halvkule om vinteren (når fornybar produksjon er lav) og flytte til andre steder resten av året.

5. Bloom Energy

BLOOMs medgründer bygde den første hydrogenbrenselcellen på 1960‑tallet for prosjektet Gemini og var også en pioner innen elektrolyse på 1980‑tallet.

Selskapet har implementert 1 GW med lokalt primærkraftgenereringsløsninger for hundrevis av kunder, med 95 % av alle stasjonære brenselceller installert i USA siden 2018 som Bloom Energy (BE ) Servers.

Kilde: Bloom Energy

Bloom har fokusert på industrielle anlegg, datasentre, sykehus, kjøpesentre og andre store fasiliteter, sammen med utplassering av mikronett. De jobber også med å utvikle brenselceller for maritim skipsfart.

Bloom får mesteparten av inntektene sine fra salg av brenselceller og elektrolysatorer, som utgjør 75 % av totalinntektene, med 2/3^rd av salget i USA.

Selskapets elektrolysatorer bruker solid‑oksid‑teknologi, som produserer 20‑25 % mer hydrogen per megawatt (MW) enn eldre metoder som proton‑elektrolytt‑membran (PEM).

Kilde: Bloom Energy

Som en leder innen brenselcelleteknologi for store anlegg bør Bloom dra nytte av billig hydrogenproduksjon, selv om fremveksten av billigere, ikke‑platina elektrolysekatalysatorer også kan utgjøre en trussel mot de solid‑oksid‑elektrolysatorene de tilbyr.