Grön vätgas på väg att ersätta grå när nya elektrokatalysatorer gör produktionen kostnadseffektiv

Billigare och grönare vätgas

Green hydrogen is the idea of producing hydrogen as a fuel from renewable energy sources, making it an alternative to fossil fuels. However, producing hydrogen through electrolysis requires expensive and rare metals of the platinum family.

Koreanska forskarna Prof. Jungki Ryu vid School of Energy and Chemical Engineering på UNIST och Prof. Dong-Hwa Seo från Department of Materials Science and Engineering på KAIST har upptäckt en ny typ av katalysator, rutenium, för att undvika användning av platina eller iridium.

Mer exakt bygger den på en mycket billigare och mindre miljöskadlig legering av rutenium, kisel och volfram (RuSiW).

Väte-regnbågen

Hydrogen is the most abundant atom in the universe but is not easily found as a fuel on Earth.

För närvarande produceras mestadels så kallad ”grå vätgas”, tillverkad med metan (naturgas), vilket släpper ut mycket koldioxid i atmosfären. Detta är bara en av de möjliga ”färgerna” av vätgas:

• Grå/brun vätgas: producerad från fossila bränslen.
• Blå vätgas: producerad från fossila bränslen, men med koldioxidinfångning.
• Rosa vätgas (ibland även kallad gul vätgas): producerad från kärnkraft.
• Turkos vätgas: producerad genom pyrolys av metan. Detta bryter ner metan till vätgas och fast kol. Det fasta kolet kan lagras eller användas för tillämpningar som kolfibrer.
• Grön vätgas: producerad från förnybar energi.

Grön vätgas är det ideala scenariot och ett mål för de flesta klimatmedvetna människor. Dess produktion beror på en process som kallas elektrolys, där vattenmolekyler delas upp i gasformig vätgas och syre. Detta är en ganska energikrävande process, som också är beroende av katalyselement från platinafamiljen.

Jakten på grön vätgas

Grön vätgas är en viktig del av pusslet för att avkarbonisera ekonomin, eftersom den kan fylla applikationer som el ensam inte kan. Till exempel, det kan minska koldioxidutsläppen från traditionella ståltillverkningsprocesser med 95 %. Stålproduktion står för 11 % av de globala utsläppen. Den kan också användas av bränsleceller för att driva motorerna i bilar, lastbilar och båtar.

Den kan också användas direkt för energilagring eller för att producera ammoniak, en bra kandidat för långdistansskeppsförråd eller långsiktig energilagring, något vi diskuterade i vår artikel “Den andra vätebränslet – Topp 5 gröna ammoniakaktier“.

Det har länge varit känt att rutenium kan erbjuda ett alternativ till platina, men det har lidit av begränsningar:

• lägre katalytisk aktivitet jämfört med platina.
• lägre stabilitet jämfört med iridium.

Denna senaste upptäckt fann att närvaron av kisel runt ruteniumatomen ökar absorptionsintensiteten av H+ på katalysatorns yta.

Stabiliteten ökas av en tunn volframfilm med en tjocklek på 5–10 nm som skyddar ruteniums katalytiska plats. Detta är samma typ av teknik som används i halvledartillverkning, där volfram i gasform deponeras i ett mycket tunt lager över kiselchipet.

Sektorer som kan dra nytta

Genom att göra produktionen av grön vätgas billigare och mer miljövänlig kan denna upptäckt ge en skjuts åt flera sektorer:

• Tillverkare av bränsleceller, vars motorers ekonomi kommer att gynnas av billigare bränsle.
• Producenter av grön vätgas, kan se större marginaler och se vätgas vinna marknadsandelar på energimarknaderna.
• Tillverkare av grön ammoniak. De får inte bara tillgång till billigare vätgas för ammoniakproduktion, utan massadoption av ammoniak kräver katalysatorer för att minska giftiga och ”superväxthusgaser” NOx. Detta kräver vanligtvis också platina, men kanske kan RuSiW göra jobbet här också?
• Förnybar energisektor, eftersom massproduktion av grön vätgas kommer att ge en utlopp för ”överskotts” energi under perioder med stark sol eller vind.

Företag som kan dra nytta

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon är ett dotterbolag till Aker-gruppen som fokuserar på grön energi. Gruppen är ett viktigt norskt konglomerat med inriktning på förnybar energi samt marina/offshore-verksamheter. Aker Horizon är holdingbolaget för flera dotterbolag inklusive koldioxidinfångning, grön vätgas och förnybar energi.

Källa: Aker

Företaget är särskilt aktivt inom produktion av vätgas och grön ammoniak, med ett mål att avkarbonisera arktisk sjöfart genom att ersätta fossila bränslen med vätgasbaserade bränslen.

Källa: Aker

Så är Aker i en utmärkt position att dra nytta av en kostnadsreduktion i produktionen av grön vätgas. Det kan hantera hela den vertikala integrationen av grön ammoniak, från offshorevindkraftverk till vätgasproduktion till produktion av grön ammoniak.

Det arbetar också med projekt som avfall‑till‑energi i Frankrike, ett biomassa‑verk i Tyskland och koldioxidinfångning i Mellanöstern (Saudiarabien och Förenade Arabemiraten).

Detta gör det till en bra aktie för investerare som söker exponering mot den breda gröna energisektorn, med en stark position inom grön vätgas och grön ammoniak, men även andra gröna energier, samt viss geografisk diversifiering.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) är en ledare inom grön vätgas med fokus på bränsleceller. Dess bränsleceller driver över 40 000 truckar, och intäkterna har ökat åtta gånger sedan 2013. Företaget är också aktivt i att bygga vätgasinfrastruktur såsom vätgasproduktion, logistik, storskalig kraftgenerering och leveranser.

Företaget siktar på att skala upp för att minska produktionskostnaderna från $10/kg till $4/kg, samtidigt som produktionen multipliceras med 14 gånger år 2027. Naturligtvis skulle nya teknologier som undviker behovet av platina för elektrolys också hjälpa.

Källa: Plug Power

På grund av massiva investeringar för att öka produktionskapaciteten 19 gånger sedan 2020 är företaget ännu inte lönsamt. Detta ledde till att intäkterna nästan fördubblades från början till slutet av 2023.

Det mesta av den nuvarande och förväntade verksamheten förväntas komma från Nordamerika. Företagets strategiska förvärv, såsom United Hydrogen och Giner ELX, har ytterligare stärkt dess position i vätgasekonomin genom att förbättra dess kapacitet för vätgasproduktion, flytning och distribution.

Företaget ser sin lösning antingen som ett direkt mobilitetsbränsle eller som ett komplement till elbilar, eftersom vätgas kan minska belastningen på elnätet vid toppbelastning av elbilar som inte matchar produktionstiderna för förnybar energi under dagen.

Källa: Plug Power

Som en stor producent av bränsleceller skulle Plug Power starkt gynnas av en övergång till en vätgas-/ammoniakbaserad ekonomi. Detta gör Plug Power till en bra aktie att satsa på en övergång till vätgas i allmänhet, med eller utan ammoniak. Fokus på kostnader och skala är också lovvärt.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard är en annan tillverkare av bränsleceller och en pionjär inom teknologin med sin första bränslecellbuss år 1993.

Företaget fokuserar på tunga marknader: bussar, lastbilar, tåg/spårvagnar, fartyg, gruv- och byggsektorn samt kraft. Medan bussar har varit kärnan i verksamheten förväntar sig företaget att lastbilar blir en stor affärssegment år 2025. Det förväntar sig också att Europa förblir huvudmarknaden (50‑60 %), följt av Nordamerika (25 %).

Bränsleceller för lastbilar förväntas fortsätta växa och utgöra en marknad på 7,5  miljarder dollar år 2030 (från en total adressbar marknad på 195  miljarder dollar), nästan lika stor som alla andra vätgas‑/bränslecellstillämpningar tillsammans. Denna tillväxt kan accelerera om priset på vätgasproduktion sjunker tack vare ny teknik.

Källa: Ballard

På grund av den högre kraften som krävs och behovet av snabb laddning har tunga fordon varit en bra marknad för vätgas och bränsleceller jämfört med lättare fordon som bilar. Det minskar också behovet av kontaktledningar för spårvagnar och trolleybussar samt möjliggör snabb uppladdning för långdistansfrakt.

Källa: Ballard

Företaget är inte främmande för ammoniak heller, med till exempel ett nyligt avtal med Amogy för att leverera bränsleceller till deras ”ammoniak‑till‑kraft‑plattform som bygger på unik ammoniak‑klyvningsteknik”.

Medan elbilar har en rimlig chans att snabbt ta över bilmarknaden är tunga fordon svårare att avkarbonisera. Med sitt etablerade ledarskap i sektorn skulle Ballard vara en primär fördelaktig aktör av en politisk satsning på en vätgasekonomi.

4. Seaborg

Seaborg är ett danskt företag som utvecklar en kompakt smält salts-reaktor som också är ett flytande kraftverk på upp till 800 MW.

Källa: Seaborg

Den havsbaserade designen av Seaborgs kärnreaktorer gör den lämplig för kustnationer, med pågående diskussioner med Indonesien och Norge.

Seaborg samarbetar också med den globala ledaren inom skeppsbyggnad, Samsung Heavy Industries, för att utveckla flytande kärnkraftverk kombinerade med vätgas- och ammoniak-anläggningar.

Även om det ofta föredras av gröna politiker och aktivister finns det inget krav på att vätgas måste produceras med grön el för att minska koldioxidutsläpp, bara att energin kommer från en lågutsläpps källa. Så kärnkraft är också ett alternativ.

Därför kan Seaborg bli en integrerad del av en kärnkraftsdriven vätgas‑ och ammoniakekonomi. Dess enkla att distribuera och flytta runt kärnreaktorer kan vara ett utmärkt alternativ för att leverera vätgas till hamnar.

De kan till och med rotera enligt säsongsbehov, till exempel stanna på norra halvklotet på vintern (när förnybar produktion är låg) och flytta till andra platser resten av året.

5. Bloom Energy

Bloom’s medgrundare byggde den första vätgasbränslecellen på 1960‑talet för projektet Gemini och var också en pionjär inom elektrolys på 1980‑talet.

Företaget har installerat 1 GW av lokala primära kraftgenereringslösningar för hundratals kunder, där 95 % av alla stationära bränsleceller som installerats i USA sedan 2018 är Bloom Energy (BE ) Servers.

Källa: Bloom Energy

Bloom har fokuserat på industriella anläggningar, datacenter, sjukhus, köpcentra och andra stora faciliteter, tillsammans med utbyggnaden av mikronät. Företaget arbetar också med att utveckla bränsleceller för maritim sjöfart.

Bloom får majoriteten av sina intäkter från försäljning av bränsleceller och elektrolysatorer, vilket utgör 75 % av de totala intäkterna, med två tredjedelar^rd av försäljningen i USA.

Företagets elektrolysatorer använder solidoxid‑teknik, vilket producerar 20‑25 % mer vätgas per megawatt (MW) än äldre metoder som protonutbytesmembran (PEM).

Källa: Bloom Energy

Som ledare inom bränslecellssystem för stora anläggningar bör Bloom gynnas av billig vätgasproduktion, även om framväxten av billigare, icke‑platina‑elektrolyskatalysatorer också kan utgöra ett hot mot de solidoxid‑elektrolysatorer som de erbjuder.