Bærekraft
Silisiumkarbid forbedrer seg som kandidat for hydrogenfotokatalyse
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Hvorfor hydrogen er viktig for avkarbonisering
As the quest for decarbonizing our energy systems goes on, it becomes clear that some processes might need more than just green electricity. This is maybe true for transportation, especially heavy-duty tasks like buses and trucks, certainly true for shipping and flying, and equally required for heavy industries like steel making and chemicals production.
The reason is that some applications need either very hot combustion (metallurgy), the provision of energetic hydrogen atoms without using methane (chemical industry), or a very energy-dense fuel (shipping), for which electrical power and batteries just don’t fit the bill.
“Personbiler kan ha et batteri, men tunge lastebiler, skip eller fly kan ikke bruke et batteri til å lagre energien. For disse transportmidlene må vi finne rene og fornybare energikilder, og hydrogen er en god kandidat.”
Dette er grunnen til at forskere og klimaaktivister har vurdert grønn hydrogen, produsert uten fossilt brensel, som et alternativ. Problemet er imidlertid at produksjon av grønn hydrogen hittil har vært for dyr til å muliggjøre masseadopsjon i konkurranse med fossile brensler.
Hvordan løse utfordringen med grønn hydrogenproduksjon
So far, most methods to produce hydrogen are working around a 2-step method:
- Først, produser grønn energi med sol, vind, vannkraft eller annen fornybar energikilde.
- Deretter, bruk denne grønne elektrisiteten til å drive katalysen av vann til hydrogen.
The problem with that is that any multi-step process is necessarily less efficient.
For eksempel blir sollys omdannet til strøm av solcellepaneler med kun 20-25 % avkastning; deretter transporteres strømmen til en hydrogenkatalysator, som også har relativt lav avkastning. Til slutt er den totale avkastningen fra solenergi til hydrogen sannsynligvis i de lave ensifrede prosentene.
Katalysatoren bruker sannsynligvis sjeldne metaller som platina eller palladium. Produksjon av fornybar energi bruker også sjeldne materialer som sølv, og overføring av strøm fra solparken til katalysatoren krever ofte enorme investeringer.
Til slutt krever de fleste hydrogenproduserende katalysatorer et stabilt nivå av elektrisk kraft, noe som betyr at store batterisystemer må legges til som ekstra komponenter i den nødvendige infrastrukturen.
Vi har tidligere diskutert:
- Bruke ulike materialer for hydrogenproduksjon, som tungsten‑kobolt eller nikkel.
- Bruke skrapmetall fra bearbeiding av platina og kobolt.
- Skape en kunstig fotosynteseprosess med ruteniumnanopartikler.
Each of these methods might ultimately work in creating cheaper catalysts that do not require an expensive amount of fresh platinum to produce hydrogen.
Men en ny tilnærming er å utføre direkte fotokatalyse, altså omdannelsen av vann til hydrogen direkte fra sollysets energi, uten først å konvertere til elektrisk kraft. Direkte fotokatalyse kan ikke bare fjerne behovet for flere trinn, men også bruke enklere og mindre sjeldne materialer for å bygge grønn energiproduksjon og infrastruktur.
Dette er tilnærmingen som forskere ved Linköping University (Sverige), Kyushu University (Japan), MAX IV Laboratory (Sverige) og Dalian University of Technology (Kina) går foran. De publiserte sin siste fremgang i Journal of the American Chemical Society1 under tittelen «Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting».
Silisiumkarbid for fotokatalyse
Hvordan silisiumkarbid muliggjør direkte fotokatalyse
Dette forskerteamet har tidligere arbeidet med et materiale kalt kubisk silisiumkarbid (3C‑SiC).
Kilde: RRL Solar
Materialet kan effektivt fange sollys for hydrogenproduksjon gjennom den fotokjemiske vannsplittingsreaksjonen.
Kilde: RRL Solar
Når sollys treffer materialet, genereres elektriske ladninger (som i et polysilisolcellepanel), som deretter brukes til å splitte vann.
En utfordring i utviklingen av materialer for denne anvendelsen er å hindre at de positive og negative ladningene smelter sammen igjen og nøytraliserer hverandre.
Dermed er det viktig å holde de elektriske ladningene adskilt for å gjøre vannsplitting til hydrogen mer effektiv.
Ny trelags silisiumkarbid‑katalysatordesign
Forskerne kombinerte et lag med kubisk silisiumkarbid med to andre lag, ved bruk av nikkelhydroksid (Ni(OH)2) og koboltoxider (Co3O4).
Teamet hadde tidligere perfeksjonert produksjonen av kubisk silisiumkarbid ved hjelp av sublimasjonsteknikken, og bekreftet krystallkvaliteten med røntgendiffraksjon (XRD).
De bekreftet også at grensesnittet mellom lagene økte levetiden til de elektriske ladningene, noe som øker sjansen for at elektronene blir brukt i kjemiske reaksjoner som splitter vann til hydrogen og oksygen.
“Det er en veldig komplisert struktur, så vårt fokus i denne studien har vært å forstå funksjonen til hvert lag og hvordan det bidrar til å forbedre materialets egenskaper.
Det nye materialet har åtte ganger bedre ytelse enn ren kubisk silisiumkarbid for å splitte vann til hydrogen.”
Neste steg for å øke fotokatalyse‑effektiviteten
Så langt har silisiumkarbid‑fotokatalyse kun kunnet oppnå en energiytelse på 1–3 %.
Tilstedeværelsen av et «P‑type» lag av koboltoxid under strukturer av nikkelhydroksid akselererer bevegelsen av elektroner, og øker hastigheten på hydrogenproduksjonen.
Selv om de ennå ikke har nådd målet, anslår forskerne at dette kan forbedres betydelig ved bruk av deres metode.
Til slutt forventes en avkastning på >10 % uten behov for platina eller palladium, uten noen komplisert infrastruktur eller krav om kontinuerlig strømforsyning, med hydrogenproduksjon som skjer direkte så snart solen skinner på enheten.
Investere i silisiumkarbid‑selskaper
ON Semi
ON Prisdiagram
ON Semi er et halvlederfirma som spesialiserer seg på elektrifisering, inkludert innen bilindustrien, men også i andre sektorer som solenergi, batterier, romfart, telekommunikasjon, datasentre og medisinsk.
Dermed er det en nøkkelpartner for mange av de største industriselskapene i verden.
Kilde: ON Semi
En stor del av ON Semis teknologiske fordel er basert på silisiumkarbid, en type silisium‑karbon‑forbindelse som brukes i høy‑energi elektriske systemer. De gjør det mulig med svært høye effektbelastninger som kreves for hurtiglading av el‑biler.
Silisiumkarbid er kjemikaliet som nylig ble brukt av forskere for å utvikle halvleder‑grafen, som diskutert i artikkelen vår «Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?», og som også har potensial for hydrogenproduksjon.
ON Semis strategi med å satse tungt på silisiumkarbid har ført til at selskapet har opplevd en inntektsøkning de siste årene, drevet av el‑bilrevolusjonen.
Kilde: ON Semiconductor [securities_stock_price_tag symbol="ON" exchange="NASDAQ"]
Alltid kraftigere og mer effektive batterier og elektriske systemer som bruker silisiumkarbid blir stadig viktigere i den globale forsyningskjeden. Som en leder i sektoren vil ON Semi sannsynligvis dra stor nytte av elektrifiseringstrenden, spesielt el‑biler og andre grønne energier.
(Du kan også lese en lengre artikkel om dette selskapet i “On Semiconductor (ON): Silicon Carbide Powering Electrification”.)
Siste nyheter og utviklinger for ON Semi (ON) aksjen
Studie referert
1. Hui Zeng, et al. (2025) Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting. Journal of the American Chemical Society Vol 147/Issue 17. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04005
