Mga Pagsulong sa Produksyon ng Hydrogen gamit ang Nickel-Based na Elektrolysis

Pag-usad sa Elektrolysis para sa Produksyon ng Hydrogen

Hydrogen ay itinuturing na seryosong kandidato para palitan ang mga fossil fuel. Totoo ito sa transportasyon, salamat sa mga fuel cell, at sa mga prosesong industriyal kung saan ang mataas na temperatura ng pagkasunog ng hydrogen ay maaaring palitan ang karbon at natural gas kapag ang elektripikasyon ay hindi isang opsyon.

Isang suliranin ay ang hydrogen ay hindi madalas matagpuan sa madaling ma-access na natural na deposito tulad ng natural gas. Sa halip, kailangan itong likhain nang artipisyal, kung saan ang elektrolysis ang pinaka-karaniwang ginagamit na paraan.

Ang elektrolysis ay ang paghahati ng tubig sa hydrogen at oxygen. Ilan sa mga suliranin sa kasalukuyang paraan ng elektrolysis ay mababang kahusayan (nasasayang na enerhiya) at mataas na gastos, karamihan dahil sa mamahaling mga katalista tulad ng platinum.

A research team from Korea might have found a way to both boost efficiency and replace the expensive catalysts with much more affordable and abundant nickel.

Nickel Nanoarray na Nagpapataas ng Produksyon ng Hydrogen

The researchers of Professor Jong Kyu Kim’s team at the Department of Materials Science and Engineering at POSTECH (Pohang University, Korea) have been looking to solve a major issue with hydrogen electrolysis.

Pinagmulan: POSTECH

Ang suliranin ay kapag nabuo, nananatiling “nakadikit” ang hydrogen sa katalista, na humaharang upang makaabot ito sa higit pang tubig at magpatuloy na gumana. Binababa nito ang kahusayan, nagpapataas ng kinakailangang enerhiya, at sa huli ay nangangailangan ng mas mamahaling mga katalista kaysa sa kailangan.

Sa halip, si Prop. Jong Kyu Kim at ang kanyang koponan ay lumikha ng pinong mga hindi ganap na patayong nakaayos na protrusion ng mga nanorod na nickel. Ang nanostruktura at ang nakatagilid na anggulo ng mga nickel rod ay nagpapakita ng tinatawag na “super-aerophobicity”, na nagiging sanhi upang mas madaling matanggal ang mga bula ng hydrogen.

Ito naman ay naglilibera ng puwang para sa tubig na maabot ang katalista at magdulot ng mas epektibong elektrolysis.

Pinagmulan: POSTECH

Maaari nitong lubos na mapataas ang kahusayan ng proseso, na may kamangha-manghang 55 na beses na pagtaas sa kahusayan ng produksyon ng hydrogen kumpara sa katumbas na dami ng nickel sa tradisyunal na manipis na film na estruktura.

Pagpapalawak Lampas sa mga Nickel Catalyst

Ang teknolohiyang gumamit ng mga nanorod na nickel ay hindi kailangang limitado sa metal na ito. Sa katunayan, ang metal na may oblique na mga nanorod na nagpapababa ng pagdikit ng hydrogen ay maaaring teoritikal na magamit sa anumang iba pang katalista. Kaya, ano ang ibig sabihin nito para sa mga prospect ng hydrogen?

Mas Mahusay na Elektrolysis

Sa kasalukuyan, karamihan ng hydrogen na ginagawa sa mundo ay nagmumula sa natural gas. Mas kumikita ito sa ekonomiya ngunit sumasalungat sa layunin ng paggawa ng hydrogen upang mabawasan ang carbon emissions.

Upang makakuha ng tunay na carbon-neutral na hydrogen, ang paggawa nito mula sa elektrisidad na nagmula sa mga renewable ay ang tamang paraan, karaniwang tinatawag na “green hydrogen”.

Anumang pamamaraan na makakapagpababa ng kabuuang gastos ng green hydrogen supply chain ay isang hakbang papalapit sa paggawa nitong isang praktikal na alternatibo sa mga fossil fuel.

Maaaring totoo ito para sa “klasikal” na mataas na kahusayan, mataas na gastos na platinum catalyst, marahil sa kombinasyon ng mga nickel rod.

Maaari ring maging posible na makita itong ilapat sa iba pang kamakailan lamang natuklasang cost-effective na mga katalista para sa elektrolysis, tulad ng ruthenium, silicon, at tungsten (RuSiW) na tinalakay namin sa aming artikulo “Green Hydrogen Set to Replace Grey as New Electrocatalysts Make Production Cost-Effective”.

Mas Mahusay na Supply Chain ng Hydrogen

Ang elektrolysis ay isa lamang sa mga hakbang na maaaring mapabuti upang gawing susi ng ating mga sistemang enerhiya ang hydrogen.

Halimbawa, mas mahusay na mga fuel cell ay maaaring gawing matinding kakumpitensya ng mga sasakyang hydrogen ang mga EV, isang paksa na tinalakay namin sa aming artikulo “Are Battery Cells Just Precursor to Hydrogen Fuel Cells? The Real Next-Gen of EVs?”.

At ang mas epektibong malakihang solusyon sa pag-iimbak ay maaaring gawing mas madaling pangasiwaan at ipamahagi ang hydrogen, isang paksa na tinalakay namin sa aming artikulo “Hydrogen Just Became More Attractive as an Energy Source Through Containment Breakthrough”.

Posibleng Ibang Aplikasyon

Ang paggamit ng nakatagilid na mga nanorod para lumikha ng super-aerophobicity ay maaaring magkaroon ng mga aplikasyon lampas sa hydrogen.

Ang unang epekto ay na kasama ng mura at epektibong produksyon ng hydrogen ay ang kapantay na epektibong produksyon ng ammonia. Ang ammonia ay may ilang mahahalagang kalamangan kumpara sa hydrogen para sa mga aplikasyon tulad ng panggatong para sa pagpapadala, isang paksa na tinalakay namin sa “Decarbonizing Global Shipping Lanes through Green Ammonia”.

Binanggit din ni Propesor Jong Kyu Kim na ang teknolohiyang nanorod ay maaaring makinabang sa iba pang mga prosesong kemikal na kinasasangkutan ng gas.

“Sa pamamagitan ng pagpapabuti ng kahusayan ng proseso ng water electrolysis para sa produksyon ng green hydrogen, kami ay sumusulong patungo sa isang hydrogen economy at isang carbon-neutral na lipunan.

Ang breakthrough na ito ay nakikinabang sa water electrolysis at nagdadala ng pangako para sa iba’t ibang iba pang aplikasyon ng renewable energy kung saan ang mga surface reaction ay may mahalagang papel, tulad ng carbon dioxide reduction at mga sistema ng conversion ng liwanag na enerhiya.”

Kaya ang inobasyong ito ay maaaring lumampas sa hydrogen, at maaaring magkaroon ng seryosong epekto sa carbon capture at artificial photosynthesis, isang ideyang sinimulan naming tuklasin sa “Artificial Photosynthesis and Biodegradability: Combating Plastic Menace with Sustainability in Mind”.

Mga Kumpanya ng Solusyon sa Hydrogen

1. Aker Horizons ASA

Ang pagtuklas kung paano gamitin ang nickel nanorod ay isa lamang sa pinakabagong inobasyon na nagpapalakas sa mga prospect ng hydrogen bilang alternatibong panggatong at solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya. Kaya maaaring kapaki-pakinabang na magkaroon ng diversified exposure sa lahat ng yugto ng hydrogen supply chain.

Ang Aker Horizons ay isang subsidiary ng Aker group, na nakatuon sa green energy. Ang Aker group ay isang mahalagang Norwegian conglomerate na nakatutok sa renewables at marine/offshore na negosyo. Ang Aker Horizon ay ang holding company para sa ilang mga subsidiary, kabilang ang carbon capture, green hydrogen, at renewable energies.

Pinagmulan: Aker

Ang kumpanya ay kilalang napaka-aktibo sa pagbuo ng hydrogen at green ammonia, na may layuning i-decarbonize ang Arctic shipping, lalo na sa Norway.

Ang Aker Horizons ay maaaring pangasiwaan ang buong vertical integration ng green hydrogen & ammonia, mula sa offshore windmills hanggang sa pagbuo ng hydrogen hanggang sa produksyon ng green ammonia.

Nagtatrabaho rin ito sa mga proyektong tulad ng waste-to-energy sa France, isang biomass plant sa Germany, at carbon capture sa Middle East (Saudi Arabia at UAE).

Ginagawa nitong isang magandang stock para sa mga mamumuhunan na naghahanap ng exposure sa malawak na sektor ng green energy, na may matibay na posisyon sa green ammonia & shipping, pati na rin sa iba pang green energies, at ilang heograpikal na diversipikasyon.

2.  Ballard Power Systems Inc.

Hindi pa namin tiyak kung ano ang magiging pangunahing merkado para sa hydrogen. Maaaring ito ay sa pagbuo ng kuryente at panggatong ng sasakyan, ngunit maaari rin itong manatiling limitado sa mas mabibigat na gawain na mas mahirap i-electrify.

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

Ang kumpanya ay nakatuon sa heavy-duty na mga merkado: 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 nito na mananatiling pangunahing merkado nito ang Europa (50-60%), sinusundan ng Hilagang Amerika (25%).

Inaasahan na ang mga fuel cell para sa trucking ay patuloy na lalago at kumakatawan sa $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.

Maaaring mapabilis ang paglago na ito kung bumaba ang presyo ng produksyon ng hydrogen dahil sa mga bagong teknolohiya tulad ng pinahusay at mas murang elektrolysis.

Pinagmulan: Ballard

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

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 ammonia cracking technology”.

Habang may makatwirang pagkakataon ang mga EV na mabilis na sakupin ang merkado ng mga kotse, mas mahirap i-decarbonize ang mas mabibigat na sasakyan.

Sa kanyang itinatag na pamumuno sa sektor, ang Ballard ay magiging pangunahing benepisyaryo ng isang patakarang nagtutulak patungo sa hydrogen economy, pati na rin sa mabilis na pagbaba ng gastos sa produksyon ng hydrogen mula sa nickel-based na elektrolysis.