Pagbuo ng Hydrogen sa Pamamagitan ng Paghahati ng Tubig gamit ang Nakapaloob na Swarf

Hydrogen at Gastos ng Elektrolysis

Ang hydrogen ay isang pangakong panggatong para sa isang berdeng ekonomiya, mula sa transportasyon hanggang sa pag-iimbak ng enerhiya, at maaaring maging tanging makatotohanang alternatibong panggatong na walang carbon para sa maraming industriya tulad ng pagpapadala at paglipad.

Isang pangunahing salik na humahadlang sa pag-usbong ng ekonomiyang hydrogen ay ang gastos, lalo na ang gastos sa produksyon ng hydrogen.

Ang berdeng hydrogen (mula sa renewable energy) ay pangunahing ginagawa sa pamamagitan ng elektrolysis, na nangangailangan ng maraming enerhiya at mga katalista. Ang mga ganitong katalista ay karaniwang mahal, kadalasan ay nakabatay sa mga metal tulad ng platinum. Kapag mas maraming platinum ang ginamit, mas mahal ang electrolyzer.

Hindi lamang mahal ang mga metal tulad ng platinum, kundi napakabihira rin nila at maaaring magkulang kung ang hydrogen ay magiging malawakang pinagkukunan ng enerhiya.

Kaya’t isang mahalagang balita ang anunsyo ng mga mananaliksik na nagbawas nang malaki sa pangangailangan ng katalista para sa elektrolysis.

“Nakakagawa kami ng hydrogen mula sa tubig gamit lamang ang ikasampung bahagi ng dami ng platinum kumpara sa mga komersyal na katalista na nasa kasalukuyang antas.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, Postdoctoral Researcher sa University of Nottingham.

Murang Elektrolysis Gamit ang Swarf (Scrap Metal)

Ang pagtuklas na ito ay ginawa ng mga mananaliksik sa University of Nottingham, UK, at inilathala sa Journal of Material Chemistry, sa pamagat na “Mula sa scrap metal tungong napakaepektibong mga electrode: paggamit ng nanotextured na ibabaw ng swarf para sa epektibong paggamit ng Pt at Co sa produksyon ng hydrogen”.

Ang unang mga natuklasan ay nagmula sa pagsusuri ng swarf sa nanoscale. Ang swarf ay mga spiral ng scrap metal na nabubuo bilang basura kapag nagmamakin ng metal tulad ng stainless steel, titanium, o nickel alloy. Ang mga industriya sa UK lamang ay nagbubuga ng milyun-milyong tonelada ng metal na basura taun-taon.

Pinagmulan: Nottingham University

Sa pagsusuri ng mga swarf gamit ang electron microscope, natuklasan ng mga mananaliksik na malayo sa pagiging makinis, ang mga metal na basura ay may mga alulod at mga tuktok na may lapad na ilang sampung nanometer lamang.

Ang napakakomplikadong mga estruktura at napakalaking contact surface na ito ay magiging perpektong substrate para sa mga electrocatalyst na ginagamit sa elektrolysis para sa produksyon ng hydrogen.

Pinagmulan: Journal Of Material Chemistry

Magnetikong Ulan ng Platinum sa mga Swarf

Upang magdagdag ng mga atom ng platinum sa swarf, gumamit ang mga mananaliksik ng teknik na tinatawag na magnetron sputtering. Ito ay isang teknik na ginagamit sa paggawa ng semiconductor upang magdeposito ng napakakapal na manipis na pelikula ng metal, salamat sa malalakas na magnetic field.

Pinagmulan: Korvus Tech

Ang metodong ito ay “nauuhaw” ng mga atom ng platinum sa swarf, at nagdedeposito ng mga ito sa mga alulod at tuktok na may sukat na nanometer.

“Sa pamamagitan ng pagkalat ng 28 micrograms lamang ng mahalagang metal sa 1 cm² ng swarf, nakalikha kami ng laboratory-scale na electrolyzer na tumatakbo nang may 100% kahusayan at gumagawa ng 0.5 litro ng hydrogen gas kada minuto mula sa isang piraso lamang ng swarf.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, Postdoctoral Researcher sa University of Nottingham.

Pinahintulutan ng metodong ito ang paglikha ng 2 uri ng hydrogen‑generating electrocatalysts:

• Titanium swarf na may mga atom ng platinum bilang katalista, para sa hydrogen evolution reaction (HES).
• Nickel swarf na may mga atom ng cobalt bilang katalista, para sa oxygen evolution reaction (OER).

Pinagmulan: Journal Of Material Chemistry

Ang mga mananaliksik sa Nottingham ay kasalukuyang nakikipagtulungan sa kumpanyang AqSorption upang palakihin ang teknolohiya.

Pagsasama-sama ng mga Inobasyon sa Hydrogen

Mga Bagong Paradigma sa Katalista

Ang pagtatayo ng ekonomiyang hydrogen ay mangangailangan na ang bawat hakbang ng kadena ng produksyon at distribusyon ng hydrogen ay maging kasing‑epektibo hangga’t maaari.

Hanggang kamakailan, ang kakulangan at mataas na gastos ng mga katalista na batay sa platinum at cobalt ay nagpilit na maghanap ng mga alternatibong katalista. Halimbawa, tinalakay natin ang posibilidad ng paggamit ng nickel nanorods sa “Hydrogen Production Advancements with Nickel Based Electrolysis” at mga alternatibong katalista tulad ng ruthenium, silicon, at tungsten (RuSiW) sa “Green Hydrogen Set to Replace Grey as New Electrocatalysts Make Production Cost-Effective”.

Ang pagtuklas ng paggamit ng swarf ay maaaring alisin ang pangangailangan para sa mga bagong katalista.

Maaaring pagsamahin ang mga inobasyong ito upang lumikha ng mas epektibong mga bagong uri ng katalista. Bilang alternatibo, ngayon na ang dami ng platinum na kinakailangan ay maaaring bawasan ng 10 beses, maaaring gamitin ang mga nanorod ng platinum upang maabot ang napakataas na antas ng kahusayan sa katalisis.

Pagpapabuti ng Teknolohiyang Hydrogen & Ammonia

Ito ay malamang na pagsasamahin sa iba pang mga inobasyon, tulad ng mas epektibong pag-iimbak ng hydrogen na tinalakay sa “Hydrogen Just Became More Attractive as an Energy Source Through Containment Breakthrough”. Ang mahusay na pag-convert ng hydrogen sa kuryente ay tinalakay sa “Are Battery Cells Just Precursor to Hydrogen Fuel Cells? The Real Next-Gen of EVs?”.

Sa huli, ang mataas na kahusayan, mababang gastos na elektrolysis ng hydrogen, pag-iimbak, at paggamit ay maaaring pagsamahin sa malawakang paggamit ng ammonia bilang panggatong, transportasyon, at pangmatagalang anyo ng imbakan ng hydrogen, tulad ng tinalakay sa “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia” at “Ammonia Production is Hugely Detrimental to the Environment – Engineers Have Just Developed a Cleaner Method”.

Mga Kumpanyang Nakatuon sa Hydrogen

1. Sibanye Stillwater

Ang paggamit ng swarf para sa produksyon ng hydrogen ay maaaring magpataas nang malaki sa pagiging praktikal ng malawakang pag-aampon ng berdeng hydrogen sa pamamagitan ng paggawa ng platinum‑based na elektrolysis na ekonomikong kapaki‑pakinabang.

Maaaring ito ay magbigay ng malaking tulak sa merkado ng platinum, na kamakailan ay nasa ilalim ng presyon.

Isang mahalagang bahagi ng kahinaan ng platinum ay ang matinding pag-asa nito sa demand para sa catalytic converters sa mga sasakyan at trak na gumagamit ng gasolina. Sa paglipat ng mundo patungo sa mga EV, inilalagay nito sa tanong ang pagiging praktikal ng demand para sa metal na ito.

Pinagmulan: Sibanye Stillwater [securities_stock_price_tag symbol="SBSW" exchange="NYSE"]

Bilang alternatibo, kung ang platinum‑based na elektrolysis gamit ang scrap metal mula sa industriya ng aerospace ay magiging sentro ng ekonomiyang hydrogen, tiyak ang demand para sa platinum sa mga susunod na dekada.

Ang South African na Sibanye Stillwater ay isa sa pinakamalaking prodyuser ng platinum sa mundo. Ang bansa ay gumagawa ng 80% ng platinum sa buong mundo, at ang Sibanye Stillwater ay responsable sa isang-kapat ng produksiyong iyon.

Pinagmulan: Mining Technology

Isa rin ito sa mga prodyuser ng mga elemento ng platinum metal group tulad ng palladium, rhodium, at ruthenium. Kasalukuyan itong nagdidiversify upang pumasok sa merkado ng ginto at mga bateryang metal.

Pinagmulan: Sibanye Stillwater

Ang merkado ng platinum ay kontrolado ng talakayan hinggil sa pag-aampon ng mga EV kumpara sa ICE (Internal Combustion Engine). Sa mabilis na inobasyon sa paggamit ng hydrogen elektrolysis ng platinum at iba pang platinum metal group elements, maaaring magbago ito.

Ang platinum ay kinakailangan din sa karamihan ng disenyo ng mga fuel cell na nagko‑convert ng hydrogen sa kuryente. Kaya sa kabuuan, ang mga pag‑unlad sa teknolohiyang hydrogen, kabilang ang swarf‑based na elektrolysis ngunit hindi lamang ito, ay dapat makinabang sa mga minero na nakatuon sa platinum tulad ng Sibanye Stillwater.

2. Ballard Power Systems Inc.

Ang Ballard ay isang tagagawa ng fuel cell, at isang pioneer ng teknolohiya na may unang fuel cell bus na ginawa noong 1993.

Ang kumpanya ay nakatuon sa mga heavy‑duty market: mga bus, trak, tren/tram, barko, pagmimina/konstruksyon, at enerhiya. Habang ang mga bus ang pangunahing bahagi ng negosyo, inaasahan ng kumpanya na pagsapit ng 2025 ay magiging pangunahing segment ng negosyo ang mga trak. Inaasahan din nitong mananatiling pangunahing merkado ang Europa (50‑60%), sinusundan ng Hilagang Amerika (25%).

Inaasahang patuloy na lalago ang mga fuel cell para sa trucking at magrerepresenta ng $7.5B na merkado sa 2030 (mula sa $195B TAM), halos kasing laki ng lahat ng iba pang aplikasyon ng hydrogen/fuel cell na pinagsama. Ang paglago na ito ay maaaring mapabilis kung ang presyo ng produksyon ng hydrogen ay bumaba dahil sa mga bagong teknolohiya.

Pinagmulan: Ballard

Dahil sa mas mataas na kapangyarihan na kinakailangan, at sa pangangailangan ng mabilis na pag‑charge, ang mga heavy‑duty vehicle ay naging magandang merkado para sa hydrogen at fuel cell kumpara sa mas magaan na mga sasakyan tulad ng kotse. Binabawasan din nito ang pangangailangan para sa catenary wire para sa tren at trolley bus, at ang mabilis na pag‑recharge para sa pang‑mahabang distansyang pag‑hauling.

Pinagmulan: Ballard

Ang kumpanya ay hindi rin bago sa ammonia, halimbawa sa isang kamakailang kontrata kasama ang Amogy upang magbigay ng fuel cell para sa kanilang “ammonia‑to‑power platform na umaasa sa natatanging teknolohiyang pag‑crack ng ammonia”.

Habang may makatwirang pagkakataon ang mga EV na mabilis na sakupin ang merkado ng kotse, mas mahirap i‑decarbonize ang mas mabibigat na sasakyan. Sa kanyang napatunayan nang pamumuno sa sektor, magiging pangunahing benepisyaryo ang Ballard ng anumang patakarang nagtutulak patungo sa ekonomiyang hydrogen.

Ang produksyon ng hydrogen ay nagiging mabilis na mas mura dahil sa pag‑unlad ng mga katalista na mekanikal na nagbabawas ng gastos ng mga fuel para sa mga sasakyang pinapagana ng hydrogen. Sa pagtaas ng presyo ng langis dahil sa mga geopolitikal na tensyon at lumalaking carbon tax, maaaring ito ang magpapabor sa hydrogen, lalo na para sa mga sasakyan na nangangailangan ng malaking kapangyarihan at nagmamaneho ng maraming milyahe (mga trak, bus, atbp.).