Pag-iimbak ng Hydrogen – Ang Lignin-based Jet Fuel ba ang Sagot?

Pagpapaandar ng Hydrogen

Electrification with batteries might not be enough to replace fossil fuels in transportation, especially shipping and air travel. The same can be said for industrial processes requiring very hot temperatures. Even with recent battery technology improvements, electricity is difficult to store without heavy or too large batteries.

Ang isang alternatibong matagal nang ikinokonsidera ay ang hydrogen. Dahil ang berdeng hydrogen ay maaaring gawin mula sa renewable na enerhiya, ito ay magiging magandang paraan upang i-convert ang berdeng enerhiya sa masikip na likidong panggatong.

Gayunpaman, ang berdeng hydrogen ay nahuhuli sa likod ng ibang berdeng solusyon dahil sa 2 kadahilanan: mahal ang produksyon ng hydrogen, at mahirap ang pag-iimbak ng hydrogen.

Ang isyu ng produksyon ay tinutugunan mula sa maraming anggulo na lumilihis mula sa karaniwang water electrolysis, tulad ng, halimbawa, artipisyal na fotosintesis, microwave at cerium oxide, o nickel-based electrolysis, gamit ang metal swarf.

Mas kumplikado ang isyu ng pag-iimbak, dahil ang hydrogen ay napaka-volatile, nasusunog, at mahirap kontrolin dahil ito ang pinakamaliit na atom. Ito ang dahilan kung bakit mahalaga na maaaring nakagawa ng breakthrough ang mga siyentipiko sa paksang ito.

Ang mga mananaliksik na nagtatrabaho sa Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven, at Natural Resources Canada ay naglathala ng kanilang mga resulta sa International Journal of Hydrogen Energy, sa pamagat na “In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier”¹.

Pag-iimbak at Paglilipat ng Hydrogen

Hydrogen gas is one of the Universe’s smallest molecules, being made of only two of the lightest atoms in the periodic table. As a result, it tends to have a few characteristics undesirable for an energy carrier:

• Mababang densidad.
• Mababa at nasusunog.
• Mahirap kontrolin, dahil tumatagas ito sa pagitan ng mga molekular na bond ng lalagyan nito.

All of these aspects of hydrogen tend to make its storage and transport expensive and technically complex.

Ang lahat ng aspetong ito ng hydrogen ay nagiging dahilan upang maging magastos at teknikal na komplikado ang pag-iimbak at paglipat nito.

The tendency to react to steel and make it brittle does not help either, as it implies the need for a specialized hydrogen pipeline for long-distance transportation, instead of the cheaper pipeline network used by natural gas.

Ang pagkahilig nitong tumugon sa bakal at gawing brittle ay hindi rin nakakatulong, dahil nangangahulugan ito ng pangangailangan ng espesyal na pipeline para sa hydrogen para sa pangmatagalang transportasyon, sa halip na ang mas murang network ng pipeline na ginagamit ng natural gas.

An idea to avoid these issues is to turn hydrogen into ammonia, a liquid fuel much easier to handle. However, this reduces the overall efficiency of the process. An ammonia economy would also need to have its own infrastructure built from scratch.

Isang ideya upang iwasan ang mga isyung ito ay gawing ammonia ang hydrogen, isang likidong panggatong na mas madaling hawakan. Gayunpaman, binababa nito ang kabuuang kahusayan ng proseso. Ang isang ammonia economy ay kakailanganin ding magtayo ng sariling imprastruktura mula sa simula.

Lignin-Based na Panggatong

A new alternative proposed by the researchers is to use an experimental fuel based on lignin, an organic polymer found in plants. The fuel was developed in Pr Bin Yang’s laboratory and analyzed with nuclear magnetic resonance (NMR) at the Pacific Northwest National Laboratory.

Pinagmulan: Washington State University

Ito ay dati nang binuo at napatunayan na ang basura ng halaman mula sa agrikultura ay maaaring gawing sustainable aviation fuel. Ang halo ng panggatong na ito ay mas mataas din ang energy density kumpara sa mga produktong batay sa fossil fuel, at nagbabawas din ng polusyon sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga aromatic na molekula (carbon cycles) na karaniwang idinadagdag sa aviation fuel.

Pinagmulan: International Journal of Hydrogen Energy

Lignin Fuel na Nagdadala ng Hydrogen

The new research proved that this lignin sustainable aviation fuel can be used as a hydrogen carrier, without requiring energy-wasting chemical changes like for ammonia production.

Pinatunayan ng bagong pananaliksik na ang lignin sustainable aviation fuel na ito ay maaaring gamitin bilang tagapagdala ng hydrogen, nang hindi nangangailangan ng mga kemikal na pagbabago na nagsasayang ng enerhiya tulad ng sa produksyon ng ammonia.

It works by having the lignin jet fuel (LJF) release the hydrogen atoms contained in it (mono-, di-, and tricyclohexylalkanes) when exposed to platinum nanoparticles on crystalline aluminosilicate.

Gumagana ito sa pamamagitan ng pagpapakawala ng mga atom ng hydrogen na nakapaloob sa lignin jet fuel (LJF) (mono-, di-, at tricyclohexylalkanes) kapag na-expose sa platinum nanoparticles sa kristalinong aluminosilicate.

The researchers called this process Lignin Jet Fuel-based Liquid Organic Hydrogen Carrier (LJF-HyC).

Tinawag ng mga mananaliksik ang prosesong ito na Lignin Jet Fuel-based Liquid Organic Hydrogen Carrier (LJF-HyC).

The part of the lignin jet fuel carrying hydrogen was estimated by nuclear magnetic resonance (NMR) to represent 18.5% of the total.

Ang bahagi ng lignin jet fuel na nagdadala ng hydrogen ay tinatayang 18.5% ng kabuuan ayon sa nuclear magnetic resonance (NMR).

“Ang bagong teknolohiyang ito na batay sa lignin jet fuel ay maaaring magbigay-daan sa epektibo, mataas na densidad na pag-iimbak ng hydrogen sa isang madaling hawakan na sustainable aviation fuel, na nag-aalis ng pangangailangan para sa mga pressurized tank para sa pag-iimbak at transportasyon.”

Pr. Bin Yang – Propesor sa Washington State University

Paggamit ng Umiiral na Imprastruktura

What makes this process interesting is that there is already a massive infrastructure for carrying jet fuel and other similar liquid fuels. So, instead of trying to store and transport pure hydrogen, LJF could be used to transport hydrogen from point A to point B.

Ang nakaka-interes na aspeto ng prosesong ito ay ang pagkakaroon na ng napakalaking imprastruktura para sa pagdadala ng jet fuel at iba pang katulad na likidong panggatong. Kaya, sa halip na subukang i-imbak at i-transport ang purong hydrogen, maaaring gamitin ang LJF upang i-transport ang hydrogen mula punto A papunta punto B.

It could also easily be used to store hydrogen, as jet fuel storage is commonly used and economical.

Maaari rin itong madaling gamitin upang i-imbak ang hydrogen, dahil ang pag-iimbak ng jet fuel ay karaniwang ginagamit at matipid.

“Ang inobasyong ito ay nag-aalok ng magagarantiyang oportunidad para sa pagkakatugma sa umiiral na imprastruktura at ekonomikong kakayahan para sa scalable na produksyon.

Maaari itong makatulong sa paglikha ng isang synergistic na sistema na nagpapabuti sa kahusayan, kaligtasan, at ekolohikal na benepisyo ng parehong sustainable aviation fuel at mga teknolohiyang hydrogen.

Pr. Bin Yang – Propesor sa Washington State University

Coming next for the researchers is the goal to design an AI-driven catalyst that enhances and completes the hydrogenation reactions, making them more efficient and cost-effective.

Ang susunod na layunin ng mga mananaliksik ay magdisenyo ng AI-driven catalyst na nagpapahusay at kumukumpleto sa mga hydrogenation reaction, na ginagawang mas epektibo at mas mura.

Kumpanya ng Hydrogen

Ang Plug Power (PLUG ) ay nangunguna sa berdeng hydrogen, na nakatuon sa mga fuel cell. Kapansin-pansin, ang mga fuel cell nito ay nagpapatakbo ng higit sa 40,000 na forklift, na may kita na tumaas ng 8 beses mula noong 2013. Aktibo rin ito sa pagtatayo ng hydrogen infrastructure tulad ng produksyon ng hydrogen, logistics, utility-scale na paglikha ng kuryente, at mga paghahatid.

Pinagmulan: Plug Power

Ang kumpanya ay naglalayong palakihin ang saklaw upang mabawasan ang gastos sa produksyon mula $10/kg hanggang $4/kg, habang pinapalago ang produksyon ng 14 beses sa 2027.

Pinagmulan: Plug Power

Dahil sa napakalaking pamumuhunan upang dagdagan ang kapasidad ng produksyon ng 19 beses mula 2020, ang kumpanya ay hindi pa kumikita. Ito ay nagdulot ng halos dobleng kita mula simula hanggang katapusan ng 2023. Karamihan sa kasalukuyan at inaasahang negosyo ay inaasahang magmumula sa Hilagang Amerika.

Nakikita ng kumpanya ang mga solusyon nito bilang direktang panggatong para sa mobilidad o bilang karagdagan sa mga EV, dahil ang hydrogen ay nagbibigay-daan sa pagbawas ng pressure sa grid mula sa peak charging ng mga EV na hindi tumutugma sa oras ng produksyon ng renewable sa araw.

Pinagmulan: Plug Power

Bilang pangunahing tagagawa ng fuel cell, malaki ang pakinabang ng Plug Power mula sa paglipat patungo sa hydrogen-based na ekonomiya. Ang paglitaw ng mura at ligtas na tagapagdala ng hydrogen ay magpapabago nang malaki sa ekonomiks ng paggamit ng hydrogen bilang pinagkukunan ng enerhiya.

Kaya’t ito ay ginagawang magandang stock ang Plug Power para tumaya sa paglipat patungo sa hydrogen sa pangkalahatan, na may paglago sa demand para sa mga fuel cell nito sa bawat pagkakataon na isang mas murang paraan upang gumawa, mag-imbak, o mag-transport ng hydrogen ay naimbento.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier. International Journal of Hydrogen Energy Bolyong 98, 13 Enero 2025, Mga Pahina 1275-1282}