Mga Bagong Daan Patungo sa Mas Mabisang Produksyon ng Hydrogen Natuklasan

Paghahanap ng Tamang Katalista ng Hydrogen

Hydrogen ay, sa teorya, maaaring perpektong panggatong para mag-imbak ng enerhiya at magpatakbo ng mga aplikasyon na mahirap i-elektripika. Ito ay dahil sa ilang halos perpektong katangian nito:

• Ang byproduct ng pagkasunog nito ay tanging tubig lamang
  • At pareho rin ito kapag ginagamit upang lumikha ng kuryente sa mga fuel cell.
• Maaari itong masunog sa napakainit na temperatura, kaya’t magandang alternatibo ito sa natural gas sa metalurhiya, mga prosesong kemikal, atbp.
• Kailangan lamang nito ng tubig bilang mapagkukunan para sa paggawa nito.
• Ang hydrogen mismo ay hindi nakakalason at hindi nakakapinsala sa kapaligiran.

Gayunpaman, ang pag-usbong ng isang ekonomiyang nakabatay sa hydrogen ay napipigil ng kahirapan sa paggawa ng hydrogen sa isang cost‑effective na paraan. Ito ay dahil karamihan sa green hydrogen (ginawa mula sa berdeng enerhiya) ay ginagawa sa pamamagitan ng electrolysis, isang proseso na sa ngayon ay karamihan ay nakabatay sa mamahaling katalista tulad ng platinum, ruthenium, o iridium, na bawat isa ay napakabihira at mamahaling metal.

Kung wala pang mas mahusay na paraan ng produksyon ng hydrogen, malamang na hindi natin makikita itong mapalitan ang fossil fuel sa malawakang sukat.

Sa kabutihang palad, mabilis itong nagbabago. Dati naming tinalakay ang ilang posibilidad, partikular ang pag-convert ng plastik na basura sa hydrogen, paggamit ng nanorods ng nickel bilang alternatibong katalista, o paggamit ng titanium at nickel na mga scrap metal (swarf) na nalikha sa paggawa ng mga metal na bahagi. May ilang mas bagong opsyon na ngayon ay idinadagdag ng mga mananaliksik.

Ang una ay ang paglikha ng self‑optimizing catalysts¹ ng mga mananaliksik sa Johannes Gutenberg Universität (Germany) at Technical University of Darmstadt (Germany), Max Planck Institute for Polymer Research (Germany), Harbin Institute of Technology (China), at Shandong University (China). Ito ay inilathala sa Angewandte Chemie sa pamagat na “Self-optimizing Cobalt Tungsten Oxide Electrocatalysts toward Enhanced Oxygen Evolution in Alkaline Media.”

Ang ikalawa ay ang imbensyon ng isang pamamaraan upang gawing green hydrogen at animal feed ang sewage sludge² ng mga mananaliksik sa Nanyang Technological University (Singapore), Monash University (Australia), at University of Hong Kong (China). Ito ay inilathala sa Nature Water sa pamagat na “Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen”.

Pagsasaayos ng mga Katalista ng Hydrogen

Isang paulit-ulit na isyu sa lahat ng katalista na gumagawa ng hydrogen ay ang kanilang pagkasira sa paglipas ng panahon. Maaaring ito ay dahil sa deposito na nabubuo sa mga reaktibong metal, o ang mismong metal layer ay unti‑unting nasisira at nawawalan ng mga sangkap sa bawat cycle ng katalisis.

Ito ay lalo nang problema para sa mamahaling katalista ng platinum group metals, ngunit ito rin ay isyu para sa iba pang uri ng metal‑based na katalista.

Kaya, mahalaga na ang mga German at Chinese na mananaliksik ng unang pag-aaral na tinalakay dito ay nakapansin ng self‑optimizing na pag-uugali sa kanilang mga bagong katalista.

“Ang kakaiba sa aming katalista ay talagang pinapabuti nito ang performance sa paglipas ng panahon, habang ang tradisyonal na mga katalista ay nananatiling pareho ang performance o kahit nawawalan pa ng performance dahil hindi ito sapat ang tibay,”

Dr. Dandan Gao – Research Lead at Johannes Gutenberg University Mainz

Katalisis ng Cobalt‑Tungsten

Pagsusolusyon sa Bottleneck ng Produksyon ng Hydrogen

Ang mga mananaliksik ay tumutok sa tinatawag na 3d hanggang 5d transition metal oxides, na binuo bilang mixed metal.

Ang mga ito ay kayang magsagawa ng chemical reaction na tinatawag na oxygen evolution reaction (OER), na kalahati ng reaksyon na nagaganap sa electrolysis ng tubig tungo sa hydrogen, sa parehong karaniwang disenyo ng electrolyzer (AEM at PEM electrolyzers).

Pinagmulan: SpectroInlet

 “May dalawang reaksyon sa paghahati ng tubig. Ang hydrogen evolution reaction (HER), na nagpoprodyus ng hydrogen gas, at ang oxygen evolution reaction (OER), na nagpoprodyus ng oxygen gas. Ang OER ang kumakatawan sa bottleneck para sa buong reaksyon. Kaya naman kami ay lubos na nakatuon sa pag-develop ng katalista na maaaring pasiglahin ang OER half‑reaction.”

Dr. Dandan Gao – Research Lead at Johannes Gutenberg University Mainz

Gayunpaman, ang mga bagong potensyal na katalistang ito ay nananatiling hindi lubusang nauunawaan, na may kaunting kaalaman kung ano talaga ang nangyayari sa antas ng atom sa panahon ng reaksyon, o kahit anong electrochemical form ang kinukuha ng metal.

Ang kakulangan ng pag-unawa ay malaking hadlang sa pag‑develop ng komersyal na solusyon, dahil nililimitahan din nito ang kakayahang i‑anchor ang mga katalista sa isang matatag na substrate.

One‑Step Deposit Method

Gumamit ang mga mananaliksik ng copper oxide (L−CuO) microflower substrate na may diameter na 3–5 µm, na dati nang nadevelop sa kanilang laboratoryo noong 2020.

Pagkatapos ay gumamit sila ng chemical deposit method upang lumikha ng layer ng cobalt‑tungsten alloy sa ibabaw ng copper substrate.

Pinagmulan: Angewandte Chemie

Ang mga sumunod na pagsusuri ay nagpakita ng kumplikadong microscopic structures ng materyal, gamit ang X‑ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR‑FTIR) spectroscopy, at Raman spectroscopy measurements.

Kinumpirma rin na ang katalista ay napakakapit sa copper substrate.

“Ang pag‑develop ng mga viable at scalable deposition approaches ay may napakalaking teknolohikal, ekonomikal, at ekolohikal na kahalagahan, na nagbibigay-daan sa matatag na pag‑anchor ng OER pre‑catalysts sa napiling promising substrates na may mataas na mechanical integrity”

Pinagmulan: Angewandte Chemie

Self‑Optimizing Catalyst

Mula sa napaka‑detalyadong mga obserbasyon, natuklasan ng mga siyentipiko na ang cobalt ions ay lumilipat mula sa Co₂₊ form patungo sa Co₃₊. Kasabay nito, ang tungsten ions ay lumilipat din mula sa W₅₊ patungo sa W₆₊ forms.

Bilang resulta, sa paglipas ng panahon, ang electrochemically active na bahagi ng katalista ay naililipat mula sa tungsten active site patungo sa cobalt active site.

Pinagmulan: Angewandte Chemie

Nagbabago rin ang katalista sa usapin ng surface hydrophilicity, o ang kakayahan nitong makaakit ng tubig (ang fuel para sa paggawa ng hydrogen): sa paglipas ng panahon, nagiging mas hydrophilic ito.

“Sa pangkalahatan, naitala namin ang kapansin‑pinapansing pagbaba ng overpotentials at pagtaas ng current densities na sinamahan ng malaking pag‑taas sa OER kinetics. Lahat ng ito ay positibong balita para sa produksyon ng hydrogen sa hinaharap.”

Dr. Dandan Gao – Research Lead at Johannes Gutenberg University Mainz

Ito ay dapat maging makapangyarihang hakbang tungo sa paggawa ng transition metal oxides na viable na katalista para sa produksyon ng hydrogen.

Hindi lamang nito pinapakita na ang koponan ng mga siyentipiko ay nakabuo ng viable copper substrate para sa katalista, kundi pati na rin na ang mga ganitong katalista ay maaaring maging hyper‑stable, at kahit pa mapabuti pa sa paglipas ng panahon.

Nagbibigay din ito ng teoretikal na balangkas upang suriin ang potensyal ng iba pang kombinasyon ng transition metal na hindi pa gaanong nauunawaan tulad ng ngayon ng cobalt‑tungsten.

Wala Nang Kailangan na Katalisis?

Paghaharap sa Sludge ng mga Lungsod

Samantala, maaaring magsimula ang produksyon ng hydrogen mula sa napakalaking waste streams na nililikha ng ating mga lungsod. Ito ay konseptong sinuri ng mga mananaliksik mula sa Singapore, China, at Australia.

Tinutukan nila ang sewage sludge, isang nakakalason na byproduct ng paglilinis ng wastewater. Ang mga sludge na ito ay kilalang mahirap iproseso at itapon dahil sa kanilang komplikadong estruktura, komposisyon, at kontaminant tulad ng heavy metals at pathogens.

Mahigit 100 milyong tonelada ng sewage sludge ang nalilikha sa buong mundo bawat taon. Ang mga karaniwang paraan ng pagtatapon—tulad ng incineration o landfill—ay matagal, hindi enerhiyang epektibo, at nag-aambag sa polusyon sa kapaligiran.

Sa halip, maaari itong maging pinagmumulan ng animal feed at hydrogen nang sabay.

Pag‑convert ng Sludge sa mga Resurso

Nabuo ng mga mananaliksik ang 3‑step na proseso upang tratuhin ang mga sludge.

Una, mekanikal nilang binabali ang sludge sa likido. Pagkatapos, inaalis nila ang heavy metals mula sa organikong materyal sa pamamagitan ng chemical treatment.

Susunod, gumagamit sila ng electrochemical process upang i‑transform ang organikong materyales sa mga mahalagang produkto: acetic acid at hydrogen gas, gamit ang espesyal na electrodes.

Sa huli, pinapakain nila ang kultura ng bakterya na kayang gamitin ang liwanag (cyanobacteria) upang gawing single‑cell proteins ang natitirang organikong nilalaman, na angkop para sa animal feed.

Ang ikalawa at ikatlong hakbang ay alinman sa direkta (sa kaso ng bakterya) o hindi direkta sa pamamagitan ng solar panels (sa kaso ng electrochemical treatment) na pinapagana ng sikat ng araw.

Ginagawa nitong ganap na carbon‑free ang buong proseso ng pag‑recycle ng sludge, at aktwal na carbon‑negative dahil iniiwasan nito ang carbon emissions mula sa normal na pagproseso ng sludge, at pinapalitan ang iba pang fossil‑fuel‑based na pinagmumulan ng acetic acid, hydrogen, at animal feed.

Ang hydrogen ay maaaring magamit bilang mapagkukunan ng malinis na enerhiya, at ang acetic acid ay isang pangunahing sangkap para sa industriya ng pagkain at parmasya.

Pinagmulan: Nature Water

Mataas na Kahusayan

Ipinakita ng metodong ito na na‑recover ang 91.4% ng organikong carbon sa sewage sludge at na‑convert ang 63% ng organikong carbon sa single‑cell protein.

Mas mataas ito kaysa sa tradisyonal na anaerobic digestion, na karaniwang nagre‑recover at nagko‑convert ng humigit‑kumulang 50% ng organikong materyales sa sewage sludge.

Sa kabuuan, binabawasan nito ang carbon emissions ng 99.5% at ang paggamit ng enerhiya ng 99.3% kumpara sa tradisyonal na mga pamamaraan.

“Umaasa kami na ang iminungkahing metodong ito ay magpapakita ng pagiging posible ng sustainable na pamamahala ng basura at magbabago kung paano tinitingnan ang sewage sludge — mula sa basura tungo sa mahalagang resurso na sumusuporta sa malinis na enerhiya at sustainable na produksyon ng pagkain.”

Dr Zhao Hu, Research fellow at Nanyang Technological University

Bukod sa mataas na kahusayan, nililinis din nito ang sludge mula sa heavy metals, na karaniwang nagdudulot ng polusyon sa mga landfill sa tradisyonal na pamamaraan.

Ang bagong metodong ito ay nagpapahiwatig na posible ang isang rebolusyon sa kung paano hinaharap ang wastewater sa buong mundo, tinatanggal ang heavy metals (marahil para sa muling pag‑recycle?) at gumagawa ng kapaki-pakinabang na acetic acid, hydrogen, at animal feed nang sabay.

Konklusyon

Ang isang hydrogen economy ay malamang na magiging isang komplikadong network ng iba’t ibang pinagmumulan ng hydrogen.

Pinaka‑maaaring ito ay mga advanced na katalista na gumagawa ng water electrolysis tungo sa hydrogen, nang hindi nangangailangan ng mamahaling rare metals. Ito ay magpapababa ng presyo ng hydrogen nang sapat upang maging kompetitibong ekonomikal laban sa fossil fuels at iba pang green alternatives.

Isa pang posibleng pinagmumulan ay ang mas mahusay na paggamit ng napakalaking milyong‑milyong tonelada ng mga waste product na nililikha ng pagsasaka, wastewater, at iba pang gawaing pantao. Dahil kailangan na itong iproseso, mas mainam na simulan natin ang pagproseso nito sa paraang tinatanggal ang mga pollutant (tulad ng heavy metals) at lumilikha ng mga bagong kapaki‑pakinabang na produkto.

At kung ito ay gagawin nang ganap na solar‑powered, mas maganda pa.

Kumpanya ng Tungsten Catalysis

Ang tungsten ay unti‑unting lumilitaw hindi lamang bilang super‑resistant na metal, na ginagamit sa heavy industry at defense sector, kundi pati na rin bilang power catalyst na kapaki‑pakinabang para sa chemical industry at pag‑generate ng hydrogen.

Maaaring maging isang makapangyarihang high‑temperature superconductor kapag hinabi sa tamang molecular configuration ito.

Maari mong basahin ang isang technical at investing overview tungkol sa resorseng ito sa “Tungsten – The Secret High‑Tech Metal”.

Ito rin ay isang metal na halos buong supply chain ay kontrolado ng China, maliban sa isang kumpanya, ang Almonty Industries (ALM ).

Almonty Industries

Ang Almonty ay isang tungsten miner na kasalukuyang karamihan ay nagpo‑produce mula sa isang minahan sa Portugal, na operasyon sa loob ng huling 125 taon.

Ang kumpanya ay nagtatrabaho sa pagpapalawak ng minahan sa Portugal at nagmamay‑ari ng mga hindi pa nade‑develop na deposito sa Spain.

Pinagmulan: Almonty

Ang pinakamahalagang proyekto ng kumpanya ay ang patuloy na pag‑develop ng isang bagong minahan sa Sangdong, South Korea. Ang minahan ay naglalaman ng mas maraming inferred resources kaysa sa lahat ng iba pa nitong deposito na pinagsama.

Pinagmulan: Almonty

Bilang isa sa iilan na aktibo at nagpo‑produce na tungsten miners sa mga kanlurang bansa, ang Almonty ay isang susi‑strategic supplier para sa defense industry. Kaya, ito ay isang mahalagang kumpanya para sa pagbawas ng pag‑depend sa supply ng China.

Ang lokasyon ng Sangdong mine ay ginagawa itong perpektong supplier sa defense industry, kasama ang South Korea, isang bagong higante sa mass production ng “low tech” military gear tulad ng mga tangke, artillery, at ammunition (kumpara sa mga fighter jets, aircraft carriers, atbp. na mas kaunti ang pangangailangan ng tungsten).

Habang naghahanda ang China na magbukas ng isang napakalaking tungsten mine sa Kazakhstan, ang Almonty ay handang “malaking baguhin ang politika na may kinalaman sa pag‑seguro ng tungsten” kapag ang Almonty Korea Tungsten Project’s Sangdong mine ay operational sa loob ng ilang buwan. Kapag nagsimula itong mag‑produce, ito ay magiging isa sa pinakamalaking tungsten mines sa mundo, na magbibigay ng 30% ng non‑Chinese supply.

Lewis Black, director, president, at CEO ng Almonty Industries

Dapat magsimulang mag‑produce ng tungsten ang Almonty mula sa Korean mine sa unang bahagi ng 2025.

Dahil sa kanyang strategic na posisyon bilang halos nag-iisang malaking supplier sa Kanluran, inalok ang Almonty ng garantisadong presyo ng Plansee. Ang Plansee ay isang high‑performance metal manufacturer at isa sa mga malaking kliyente ng Almonty, pati na rin ang may‑ari ng 15% ng kumpanya.

Ang minimum na garantisadong presyo ay $235/MTU (metric ton unit), nang walang itaas na limitasyon. Dahil ang Sangdong Mine ay nagtatakda ng cash costs na $110/mtu, dapat nitong halos matiyak ang mataas na profit margin para sa proyekto.

Sa isang swerte, halos perpektong timing sa pagitan ng nalalapit na pagbubukas ng Sangdong at isang bagong trade war sa pagitan ng Amerika ni Trump at China, ang presyo ng stock ay tumugon nang malakas at tumaas ng 40% sa loob lamang ng 2 araw matapos ang anunsyo ng pag‑limit ng export ng tungsten mula sa China.

Habang ang tungsten ay nagiging mas at mas mahalaga para sa high‑tech applications, pati na rin sa geopolitical tensions, ang mataas, secure, non‑Chinese tungsten supply ay malamang na mag‑generate ng matatag na premium, kung saan ang Almonty ay isa sa pinakamalakas na benepisyaryo.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{1. Christean Nickel et al. (2025)  Self-optimizing Cobalt Tungsten Oxide Electrocatalysts toward Enhanced Oxygen Evolution in Alkaline Media. Angewandte Chemie. 05 Pebrero 2025 https://doi.org/10.1002/anie.202424074} 

 ^{2. Hu Zhao, et al. (2024) Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen. Nature Water. Volume 2, pages1102–1115. https://doi.org/10.1038/s44221-024-00329-z}