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

Pagpapaandar ng Hydrogen

Maaaring hindi sapat ang elektripikasyong gumagamit ng baterya upang palitan ang fossil fuel sa transportasyon, lalo na sa pagpapadala at paglalakbay sa himpapawid. Ganoon din sa mga prosesong pang-industriya na nangangailangan ng napakataas na temperatura.

Sa kabila ng pag-unlad ng teknolohiya ng baterya, mahirap pa ring mag-imbak ng kuryente nang hindi gumagamit ng mabibigat o napakalalaking baterya.

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 mula 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

Ang hydrogen gas ay isa sa pinakamaliliit na molekula sa uniberso at binubuo lamang ng dalawa sa pinakamagagaan na atom sa periodic table. Dahil dito, mayroon itong ilang katangiang hindi kanais-nais para sa isang tagapagdala ng enerhiya:

• Mababang densidad.
• Madaling sumingaw at magliyab.
• Mahirap ikulong, dahil nakatatagas ito sa pagitan ng mga molecular bond ng sisidlan.

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

Ang pagkahilig nitong tumugon sa bakal at gawin itong malutong 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.

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

Ang bagong alternatibong iminungkahi ng mga mananaliksik ay isang eksperimental na panggatong na nakabatay sa lignin, isang organikong polymer na matatagpuan sa mga halaman. Binuo ang panggatong sa laboratoryo ni Prof. Bin Yang at sinuri sa Pacific Northwest National Laboratory gamit ang nuclear magnetic resonance (NMR).

Pinagmulan: Washington State University

Naipakita na dati na maaaring gawing sustainable aviation fuel ang basurang halaman mula sa agrikultura. 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

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.

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.

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

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.”

Prof. Bin Yang – Propesor sa Washington State University

Paggamit ng Umiiral na Imprastruktura

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.

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.

Prof. Bin Yang – Propesor sa Washington State University

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}