Silicon Carbide Bilang Kandidato para sa Photocatalysis ng Hydrogen

Bakit Mahalaga ang Hydrogen para sa Dekarbonisasyon

As the quest for decarbonizing our energy systems goes on, it becomes clear that some processes might need more than just green electricity. This is maybe true for transportation, especially heavy-duty tasks like buses and trucks, certainly true for shipping and flying, and equally required for heavy industries like steel making and chemicals production.

The reason is that some applications need either very hot combustion (metallurgy), the provision of energetic hydrogen atoms without using methane (chemical industry), or a very energy-dense fuel (shipping), for which electrical power and batteries just don’t fit the bill.

“Maaaring magkaroon ng baterya ang mga sasakyan para sa pasahero, ngunit ang mabibigat na trak, barko o eroplano ay hindi maaaring gumamit ng baterya upang mag-imbak ng enerhiya. Para sa mga paraan ng transportasyong ito, kailangan nating humanap ng malinis at renewable na pinagkukunan ng enerhiya, at ang hydrogen ay isang magandang kandidato.”

Jianwu Sun – Associate professor sa Linköping University

This is why researchers and climate activists have been considering green hydrogen, produced without fossil fuel, as an alternative. The issue is, however, that green hydrogen production has so far been too expensive to allow for mass adoption against fossil fuels.

Paano Lutasin ang Hamon sa Produksyon ng Berdeng Hydrogen

So far, most methods to produce hydrogen are working around a 2-step method:

1. Una, lumikha ng berdeng enerhiya gamit ang solar, hangin, hidroenerhiya, o anumang iba pang anyo ng renewable na enerhiya.
2. Pangalawa, gamitin ang berdeng kuryenteng ito upang paganahin ang katalisis ng tubig tungo sa hydrogen.

The problem with that is that any multi-step process is necessarily less efficient.

Halimbawa, ang sikat ng araw ay napapabago sa kuryente ng mga solar panel sa halagang 20-25% lamang; pagkatapos, ang kuryente ay dinadala sa isang hydrogen katalizador, na may medyo mababang ani rin. Sa huli, ang kabuuang ani mula sa solar na enerhiya patungo sa hydrogen ay malamang na nasa mababang isang digit.

At may tanong din tungkol sa gastos. Ang katalizador ay malamang na kumukonsumo ng mga bihirang metal tulad ng platinum o palladium. Ang produksyon ng renewable na enerhiya ay gumagamit din ng mga bihirang materyales tulad ng pilak, at ang transmisyon ng kuryente mula sa solar farm papunta sa katalizador ay kadalasang nangangailangan ng malalaking pamumuhunan.

Sa huli, ang karamihan sa mga hydrogen-producing na katalizador ay nangangailangan ng matatag na antas ng elektrikal na kapangyarihan, na nangangahulugang kailangang magdagdag ng malalaking sistema ng baterya bilang karagdagang bahagi ng kinakailangang imprastruktura.

Maraming posibleng lapit para lutasin ito ang sinusuri. Halimbawa, tinalakay natin dati:

• Paggamit ng iba’t ibang materyales para sa produksyon ng hydrogen, tulad ng tungsten-cobalt o nickel.
• Paggamit ng scrap metal mula sa pagproseso ng platinum at cobalt.
• Paglikha ng isang artipisyal na proseso ng photosynthesis gamit ang ruthenium nanoparticles.

Each of these methods might ultimately work in creating cheaper catalysts that do not require an expensive amount of fresh platinum to produce hydrogen.

Ngunit isang bagong lapit ay ang direktang photocatalysis, o ang pag-transform ng tubig tungo sa hydrogen direkta mula sa enerhiya ng sikat ng araw, nang hindi muna ito kinokonvert sa elektrikal na kapangyarihan. Ang direktang photocatalysis ay hindi lamang nag-aalis ng pangangailangan para sa maraming hakbang, kundi gumagamit din ng mas simple at hindi gaanong bihirang materyales upang bumuo ng berdeng paglikha ng enerhiya at mga imprastruktura.

Ito ang lapit na pinangungunahan ng mga mananaliksik sa Linköping University (Sweden), Kyushu University (Japan), MAX IV Laboratory (Sweden), at Dalian University of Technology (China). Inilathala nila ang kanilang pinakabagong progreso sa Journal of the American Chemical Society¹ sa pamagat na “Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting”.

Silicon Carbide para sa Photocatalysis

Paano Pinapagana ng Silicon Carbide ang Direktang Photocatalysis

Ang pangkat ng pananaliksik na ito ay dati nang nagtrabaho sa isang materyal na tinatawag na cubic silicon carbide (3C-SiC).

Pinagmulan: RRL Solar

Ang materyal ay epektibong nakaka-capture ng sikat ng araw para sa produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng photochemical water splitting reaction.

Pinagmulan: RRL Solar

Kapag tumama ang sikat ng araw sa materyal, nabubuo ang mga electric charge (tulad ng sa polysilicon solar panel), na pagkatapos ay ginagamit upang hatiin ang tubig.

Isang hamon sa pag-develop ng mga materyales para sa aplikasyon na ito ay pigilan ang muling pagsasama ng positibo at negatibong charge na magpapawalang-bisa sa isa’t isa.

Kaya, upang gawing mas epektibo ang paghahati ng tubig tungo sa hydrogen, mahalaga ang pagpapanatiling hiwalay ng mga electrical charge.

Bagong Disenyo ng Tri-Layer Silicon Carbide Catalyst

Pinagsama ng mga mananaliksik ang isang layer ng cubic silicon carbide sa dalawang iba pang layer, gamit ang nickel hydroxide (Ni(OH)2) at cobalt oxides (Co3O4).

Ang pangkat ay dati nang napahusay ang produksyon ng cubic silicon carbide gamit ang sublimation technique, kinumpirma ang kalidad ng kristal sa pamamagitan ng X-ray diffraction (XRD).

Pinagmulan: Journal of the American Chemical Society

Kinumpirma rin nila na ang interface sa pagitan ng mga layer ay nagpalawig ng buhay ng mga electric charge, na nagtaas ng pagkakataon na magamit ang mga electron sa mga kemikal na reaksyon na naghahati ng tubig tungo sa hydrogen at oxygen.

“Napaka-komplikadong estruktura ito, kaya ang aming pokus sa pag-aaral na ito ay maunawaan ang tungkulin ng bawat layer at kung paano ito tumutulong na mapabuti ang mga katangian ng materyal.

Ang bagong materyal ay walong beses na mas mahusay kaysa sa purong cubic silicon carbide sa paghahati ng tubig tungo sa hydrogen.”

Jianwu Sun – Associate professor sa Linköping University

Mga Susunod na Hakbang para sa Pagpapahusay ng Kahusayan ng Photocatalysis

Sa ngayon, ang silicon carbide photocatalysis ay nakamit lamang ang 1-3% na enerhiyang ani.

Ang pagkakaroon ng “P-Type” na layer ng cobalt oxide sa ilalim ng mga estruktura ng nickel hydroxide ay nagpapabilis ng galaw ng mga electron, na nagpapabilis ng produksyon ng hydrogen.

Pinagmulan: Journal of the American Chemical Society

Bagaman hindi pa ito ganap, tinatantiya ng mga mananaliksik na ito ay maaaring mapabuti nang malaki gamit ang kanilang pamamaraan.

Sa huli, inaasahan ang ani na higit sa 10%, nang hindi nangangailangan ng anumang platinum o palladium, ni anumang komplikadong imprastruktura o patuloy na suplay ng kuryente, kung saan ang produksyon ng hydrogen ay nangyayari direkta sa sandaling sumikat ang araw sa aparato.

Pamumuhunan sa mga Kumpanya ng Silicon Carbide

ON Semi

ON Semi is a semiconductor company specializing in electrification, kasama sa automotive, ngunit pati na rin sa iba pang sektor tulad ng solar energy, baterya, aerospace, telekomunikasyon, data centers, at medikal.

As such, it is a key partner for many of the largest industrial companies in the world.

Pinagmulan: ON Semi

A big part of ON Semi’s technological advantage is based on silicon carbide, a type of silicon-carbon compound used for high-energy electric systems. They notably allow for very high power loads required for the fast charging of EVs.

Ang silicon carbide ay ang kemikal na kamakailan lamang ginamit ng mga mananaliksik upang bumuo ng semiconductive graphene, tulad ng tinalakay sa aming artikulo “Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?” at tulad ng tinalakay dito, may potensyal din ito para sa pagbuo ng hydrogen.

ON Semi’s strategy of doubling down on silicon carbide led to the company experiencing a surge in revenues in the last few years, carried by the EV revolution.

Pinagmulan: ON Semiconductor [securities_stock_price_tag symbol="ON" exchange="NASDAQ"]

Ever more powerful and efficient batteries and electric systems using silicon carbide are becoming increasingly important in the global supply chain. As a leader in the sector, ON Semi will likely benefit greatly from the electrification trend, especially EVs and other green energies.

(Maaari mo ring basahin ang mas mahabang pagsusulat tungkol sa kumpanyang ito sa “On Semiconductor (ON): Silicon Carbide Powering Electrification”.)

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Stock ng ON Semi (ON)

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Hui Zeng, et al. (2025) Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting. Journal of the American Chemical Society Vol 147/Issue 17. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04005}