Hållbarhet
Nya vägar till mer effektiv vätgasproduktion upptäckta
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Att hitta rätt vätgaskatalysator
Vätgas skulle i teorin kunna vara ett idealiskt bränsle för att lagra energi och driva tillämpningar som är svåra att elektrifiera. Det beror på att gasen har flera nästan idealiska egenskaper:
- Den enda biprodukten vid förbränning är vatten
- Detsamma gäller när vätgas används för att producera el i bränsleceller.
- Den kan brinna vid mycket höga temperaturer och är därför ett bra alternativ till naturgas inom metallurgi, kemiska processer med mera.
- Produktionen kräver endast vatten som råvara.
- Vätgas är i sig giftfri och förorenar inte.
Utvecklingen av en vätgasbaserad ekonomi har dock bromsats av svårigheten att producera vätgas kostnadseffektivt. Merparten av den gröna vätgasen, som framställs med förnybar energi, produceras genom elektrolys. Processen bygger i dag ofta på dyra katalysatorer som platina, rutenium eller iridium, vilka alla är sällsynta och kostsamma metaller.
Så länge det saknas en bättre produktionsmetod är det osannolikt att vätgas kan ersätta fossila bränslen i stor skala.
Lyckligtvis förändras detta snabbt. Vi har tidigare beskrivit flera möjliga lösningar, bland annat att omvandla plastavfall till vätgas, att använda nanostavar av nickel som alternativ katalysator eller att använda metallspån av titan och nickel som uppstår vid tillverkning av metalldelar. Forskare har nu lagt fram ytterligare alternativ.
Det första är självanpassande katalysatorer1 som tagits fram av forskare vid Johannes Gutenberg-universitetet och Darmstadts tekniska universitet samt Max Planck-institutet för polymerforskning i Tyskland, Harbins tekniska högskola och Shandonguniversitetet i Kina. Studien publicerades i Angewandte Chemie med titeln “Självanpassande elektrokatalysatorer av kobolt- och volframoxid för förbättrad syreutveckling i alkalisk miljö.”
Det andra är en metod för att omvandla avloppsslam till grön vätgas och djurfoder2 som utvecklats av forskare vid Nanyang Technological University i Singapore, Monash University i Australien och University of Hong Kong i Kina. Studien publicerades i Nature Water med titeln “Soldriven elektroreformering av avloppsslam i kombination med biologisk styrning för samtidig produktion av grönt foder och vätgas”.
Att förbättra vätgaskatalysatorer
Ett återkommande problem med alla vätgasproducerande katalysatorer är att de bryts ned med tiden. Det kan bero på avlagringar på de reaktiva metallerna eller på att själva metallskiktet gradvis bryts ned och förlorar beståndsdelar vid varje katalyscykel.
Problemet är särskilt allvarligt för dyra katalysatorer ur platinagruppen, men berör även andra typer av metallbaserade katalysatorer.
Det är därför betydelsefullt att de tyska och kinesiska forskarna bakom den första studien observerade ett självanpassande beteende hos sina nya katalysatorer.
“Det unika med vår katalysator är att dess prestanda faktiskt förbättras med tiden, medan konventionella katalysatorer antingen håller en jämn prestanda eller till och med tappar prestanda eftersom de inte är tillräckligt hållbara”,
Dr Dandan Gao – forskningsledare vid Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz
Kobolt- och volframkatalys
Att lösa flaskhalsen i vätgasproduktionen
Forskarna inriktade sig på så kallade 3d–5d-övergångsmetalloxider i form av blandmetaller.
Dessa material kan driva den kemiska reaktion som kallas syrgasutvecklingsreaktionen (OER). Den utgör ena halvan av reaktionen när vatten spjälkas till vätgas genom elektrolys, både i AEM- och PEM-elektrolysörer.
Källa: SpectroInlet
“När vatten spjälkas sker två reaktioner: vätgasutvecklingsreaktionen (HER), som producerar vätgas, och syrgasutvecklingsreaktionen (OER), som producerar syrgas. OER är flaskhalsen för hela reaktionen. Därför satsar vi så mycket på att utveckla en katalysator som kan främja OER-halvreaktionen.”
Dr Dandan Gao – forskningsledare vid Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz
Kunskapen om dessa nya möjliga katalysatorer är fortfarande begränsad. Man vet ännu lite om exakt vad som händer på atomnivå under reaktionen eller vilken elektrokemisk form metallen antar.
Den bristande förståelsen försvårar utvecklingen av en kommersiellt gångbar lösning och begränsar även möjligheten att fästa katalysatorerna på ett stabilt underlag.
Enstegsmetod för beläggning
Forskarna använde ett mikroblomformat underlag av kopparoxid (L−CuO) med en diameter på 3–5 μm, som tidigare utvecklades i deras laboratorium 2020.
Därefter använde de en kemisk beläggningsmetod för att skapa ett skikt av kobolt-volframlegering på kopparunderlagets yta.
Källa: Angewandte Chemie
Efterföljande analyser visade materialets komplexa mikroskopiska struktur med hjälp av röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), ATR-FTIR-spektroskopi och Ramanspektroskopi.
Analyserna bekräftade också att katalysatorn sitter mycket stadigt på kopparunderlaget.
“Utvecklingen av praktiskt användbara och skalbara beläggningsmetoder har mycket stor teknisk, ekonomisk och ekologisk betydelse, eftersom den möjliggör stabil förankring av OER-förkatalysatorer på utvalda lovande underlag med hög mekanisk hållfasthet.”
Källa: Angewandte Chemie
Självanpassande katalysator
Genom dessa mycket detaljerade observationer upptäckte forskarna att koboltjonerna övergår från formen Co2+ till Co3+. Samtidigt övergår volframjonerna från W5+ till W6+.
Med tiden flyttas därför den elektrokemiskt aktiva delen av katalysatorn från volframets aktiva centrum till koboltets aktiva centrum.
Källa: Angewandte Chemie
Katalysatorns yta förändras även i fråga om hydrofilicitet, alltså förmågan att dra till sig vatten som råvara för vätgasproduktionen. Med tiden blir ytan mer hydrofil.
“Sammantaget registrerade vi tydligt lägre överspänningar och högre strömtätheter, tillsammans med en kraftig ökning av OER-kinetiken. Allt detta är positiva besked för framtidens vätgasproduktion.”
Dr Dandan Gao – forskningsledare vid Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz
Detta kan bli ett viktigt steg mot att göra övergångsmetalloxider till praktiskt användbara katalysatorer för vätgasproduktion.
Resultaten visar både att forskargruppen har utvecklat ett fungerande kopparunderlag för katalysatorn och att sådana katalysatorer kan vara mycket stabila och till och med förbättras med tiden.
Studien ger också ett teoretiskt ramverk för att bedöma andra kombinationer av övergångsmetaller som ännu inte är lika väl förstådda som kobolt-volfram.
Behövs ingen katalys?
Att hantera städernas avloppsslam
Samtidigt skulle vätgas kunna börja produceras ur de enorma avfallsflöden som våra städer skapar. Det är åtminstone den möjlighet som forskare i Singapore, Kina och Australien har undersökt.
De fokuserade på avloppsslam, en giftig restprodukt från rening av avloppsvatten. Slammet är mycket svårt att behandla och bortskaffa på grund av sin komplexa struktur och sammansättning samt föroreningar som tungmetaller och sjukdomsframkallande organismer.
Varje år uppstår mer än 100 miljoner ton avloppsslam i världen. Vanliga metoder som förbränning och deponering är tidskrävande, energiineffektiva och bidrar till miljöföroreningar.
I stället skulle slammet kunna bli en källa till både djurfoder och vätgas.
Att omvandla slam till resurser
Forskarna utvecklade en process i tre steg för att behandla slammet.
Först bryts slammet ned mekaniskt till en vätska. Därefter avlägsnas tungmetallerna från det organiska materialet genom kemisk behandling.
Sedan omvandlas det organiska materialet genom en elektrokemisk process med specialelektroder till värdefulla produkter: ättiksyra och vätgas.
Slutligen får en odling av ljusutnyttjande bakterier, cyanobakterier, omvandla det återstående organiska innehållet till encellsprotein som lämpar sig för djurfoder.
Både det andra och det tredje steget drivs av solljus, direkt när det gäller bakterierna och indirekt via solpaneler för den elektrokemiska behandlingen.
Därmed blir hela återvinningsprocessen koldioxidfri och i praktiken klimatpositiv, eftersom den undviker utsläpp från konventionell slambehandling och ersätter fossilbaserade källor till ättiksyra, vätgas och djurfoder.
Vätgas kan användas som ren energikälla, medan ättiksyra är en viktig insatsvara för livsmedels- och läkemedelsindustrin.
Källa: Nature Water
Hög effektivitet
Metoden har visats kunna återvinna 91,4 procent av det organiska kolet i avloppsslammet och omvandla 63 procent av det organiska kolet till encellsprotein.
Det är betydligt mer än vid traditionell anaerob rötning, som normalt återvinner och omvandlar omkring 50 procent av det organiska materialet i avloppsslam.
Sammantaget minskar detta koldioxidutsläppen med 99,5 procent och energianvändningen med 99,3 procent jämfört med traditionella metoder.
“Vi hoppas att vår föreslagna metod visar att avfall kan hanteras hållbart och förändrar synen på avloppsslam – från avfall till en värdefull resurs som stöder ren energi och hållbar livsmedelsproduktion.”
Utöver den höga effektiviteten renas slammet från tungmetaller, som annars ofta förorenar deponier vid konventionell hantering.
Den nya metoden visar att en genomgripande förändring av världens avloppshantering är möjlig: tungmetaller avlägsnas och kan kanske återvinnas senare, samtidigt som och användbar ättiksyra, vätgas och djurfoder produceras i samma process.
Slutsats
En framtida vätgasekonomi kommer sannolikt att bygga på ett komplext nät av olika vätgaskällor.
En källa blir sannolikt avancerade katalysatorer som omvandlar vatten till vätgas genom elektrolys utan att kräva dyra och sällsynta metaller. Det skulle kunna sänka kostnaden så att vätgas blir ett ekonomiskt gångbart alternativ till fossila bränslen och andra gröna lösningar.
En annan möjlig källa är att bättre utnyttja de miljontals ton avfall som skapas av jordbruk, avloppsvatten och annan mänsklig verksamhet. Avfallet måste ändå behandlas, och då är det bättre att göra det på ett sätt som avlägsnar föroreningar som tungmetaller och samtidigt skapar nya användbara produkter.
Om processen dessutom kan drivas helt med solenergi är det ännu bättre.
Företag inom volfram och katalys
Volfram framträder inte bara som en extremt tålig metall för tung industri och försvarssektorn, utan också som ett kraftfullt katalysatormaterial för kemisk industri och vätgasproduktion.
Det kan till och med bli en kraftfull högtemperatursupraledare när materialet ordnas i rätt molekylär struktur.
Du kan läsa en teknisk översikt och investeringsanalys av råvaran i “Volfram – den hemliga högteknologiska metallen”.
Det är också en metall vars leveranskedja nästan helt kontrolleras av Kina. Ett undantag är Almonty Industries (ALM ).
Almonty Industries
AII.TO Prisdiagram
Almonty är ett volframbolag vars etablerade produktion främst kommer från en gruva i Portugal som har varit i drift i 125 år.
Bolaget arbetar med att utöka den portugisiska gruvan och äger även outvecklade fyndigheter i Spanien.
Källa: Almonty
Bolagets viktigaste projekt är Sangdonggruvan i Sydkorea. Gruvan innehåller större antagna mineraltillgångar än bolagets övriga fyndigheter tillsammans.
Källa: Almonty
Som en av få aktiva volframproducenter i väst är Almonty en strategiskt viktig leverantör till försvarsindustrin. Bolaget har därför betydelse för arbetet med att minska beroendet av kinesiska leveranser.
Sangdonggruvans läge gör den väl placerad för att leverera till försvarsindustrin. Sydkorea har blivit en stor massproducent av konventionell materiel som stridsvagnar, artilleri och ammunition, produkter som kräver mer volfram än exempelvis stridsflygplan och hangarfartyg.
Samtidigt som Kina förbereder öppnandet av en stor volframgruva i Kazakstan kan Almonty “förändra de politiska förutsättningarna för att säkra volfram i grunden” när Sangdonggruvan tas i drift. Vid full produktion väntas den bli en av världens största volframgruvor och stå för en betydande del av utbudet utanför Kina.
Lewis Black, styrelseledamot, vd och koncernchef för Almonty Industries
Almonty levererade den första malmen till Sangdonggruvans upplag i december 2025, slutförde driftsättningen av fas 1 i mars 2026 och började producera säljbar volframkoncentrat i juni 2026.
Tack vare sin strategiska ställning som en av få större leverantörer i väst fick Almonty ett garanterat pris av Plansee. Plansee tillverkar högpresterande metaller och är en av Almontys större kunder samt ägare till 15 procent av bolaget.
Det garanterade minimipriset var 235 dollar per MTU, en metrisk tonenhet, utan något pristak. Eftersom Sangdonggruvan siktade på kontantkostnader på 110 dollar per MTU skulle avtalet ge projektet goda förutsättningar för höga marginaler.
Tidpunkten för Sangdongs produktionsstart sammanföll med förnyade handelsspänningar mellan USA och Kina. Aktien steg kraftigt efter Kinas besked om exportrestriktioner för volfram.
När volfram blir allt viktigare för högteknologiska tillämpningar och de geopolitiska spänningarna består kan en säker leverans utanför Kina värderas till en varaktig premie. Almonty är ett av de bolag som kan gynnas mest av denna utveckling.
Studiereferenser:
1. Christean Nickel et al. (2025) Självanpassande elektrokatalysatorer av kobolt- och volframoxid för förbättrad syreutveckling i alkalisk miljö. Angewandte Chemie. 5 februari 2025 https://doi.org/10.1002/anie.202424074
2. Hu Zhao, et al. (2024) Soldriven elektroreformering av avloppsslam i kombination med biologisk styrning för samtidig produktion av grönt foder och vätgas. Nature Water. Volym 2, sidorna 1102–1115. https://doi.org/10.1038/s44221-024-00329-z
