Gömülü Hurda Metal ile Suyu Bölerek Hidrojen Üretimi

Hidrojen ve Elektroliz Maliyetleri

Hidrojen, ulaşımdan enerji depolamaya kadar yeşil bir ekonomi için umut vadeden bir yakıttır ve deniz taşımacılığı ve havacılık gibi birçok sektör için tek gerçekçi karbon içermeyen alternatif yakıt olabilir.

Hidrojen ekonomisinin ortaya çıkmasını engelleyen temel faktörlerden biri maliyettir, özellikle hidrojen üretim maliyeti.

Yeşil hidrojen (yenilenebilir enerjiden) çoğunlukla elektroliz yoluyla üretilir; bu süreç çok fazla enerji ve katalizör gerektirir. Bu katalizörler genellikle platin gibi metallere dayanır ve pahalıdır. Ne kadar çok platin kullanılırsa, elektrolizör o kadar pahalı olur.

Platin gibi metaller sadece pahalı olmakla kalmaz, aynı zamanda son derece nadirdir ve hidrojen enerji kaynağı olarak yaygınlaşırsa tedariki kısıtlı olacaktır.

Bu nedenle, araştırmacıların elektroliz için gereken katalizör miktarında büyük bir azalma duyurması önemli bir haberdi.

“En son ticari katalizörlerle karşılaştırıldığında, sadece platin yüklemesinin onda birini kullanarak sudan hidrojen üretebiliyoruz.” – Dr Madasamy Thangamuthu, Nottingham Üniversitesi Postdoktora Araştırmacısı.

Hurda Metal (Swarf) ile Ucuz Elektroliz

Bu keşif, Birleşik Krallık Nottingham Üniversitesi araştırmacıları tarafından yapıldı ve Journal of Material Chemistry dergisinde “Hurda metalden son derece verimli elektrotlara: Swarf’ın nanoteksürlü yüzeyinin Pt ve Co’nun etkili kullanımını sağlamak” başlığıyla yayınlandı.

İlk bulgular, swarf’ın nanoskopik düzeyde incelenmesinden elde edildi. Swarf, paslanmaz çelik, titanyum veya nikel alaşımı gibi metalleri işleme sırasında oluşan hurda metal sarmallardır. Birleşik Krallık’taki endüstriler yalnızca yılda milyonlarca ton metal atığı üretmektedir.

Kaynak: Nottingham University

Bu swarf’ları bir elektron mikroskobu ile incelerken araştırmacılar, pürüzsüz olmaktan uzakta, bu metal atıkların sadece on nanometre genişliğinde oluk ve sırtlara sahip olduğunu keşfettiler.

Bu son derece karmaşık yapılar ve geniş temas yüzeyleri, hidrojen üretimi için elektrolizde kullanılan elektrokatalizörler için ideal bir alt tabaka oluşturur.

Kaynak: Journal Of Material Chemistry

Swarf’larda Manyetik Platin Yağmuru

Swarf’a platin atomları eklemek için araştırmacılar, manyetron püskürtme (magnetron sputtering) adı verilen bir teknik kullandılar. Bu, güçlü manyetik alanlar sayesinde yarı iletken üretiminde ultra ince bir metal film biriktirmek için kullanılan bir yöntemdir.

Kaynak: Korvus Tech

Bu yöntem, platin atomlarını swarf üzerine “yağdırır” ve onları nanometre boyutundaki oluk ve sırtlara biriktirir.

“Değerli metalin sadece 28 mikrogramını 1 cm² swarf üzerine yayarak, %100 verimle çalışan ve sadece tek bir swarf parçasından dakikada 0,5 litre hidrojen gazı üreten bir laboratuvar ölçeğinde elektrolizör oluşturabildik.” – Dr Madasamy Thangamuthu, Nottingham Üniversitesi Postdoktora Araştırmacısı.

Bu yöntem, iki tip hidrojen üreten elektrokatalizörün oluşturulmasını sağladı:

• Platin atomları katalizör olarak kullanılan titanyum swarf, hidrojen evrim reaksiyonu (HES) için.
• Kobalt atomları katalizör olarak kullanılan nikel swarf, oksijen evrim reaksiyonu (OER) için.

Kaynak: Journal Of Material Chemistry

Nottingham araştırmacıları, teknolojiyi ölçeklendirmek için şimdi AqSorption şirketiyle çalışıyor.

Hidrojen Yeniliklerini Bir Araya Getirmek

Yeni Katalizör Paradigmaları

Hidrojen ekonomisinin inşası, hidrojen üretimi ve dağıtım zincirinin her adımının mümkün olduğunca verimli olmasını gerektirecek.

Yakın zamana kadar, platin ve kobalt bazlı katalizörlerin nadirliği ve yüksek maliyeti, alternatif katalizörlerin keşfedilmesini zorunlu kıldı. Örneğin, “Nikel Tabanlı Elektroliz ile Hidrojen Üretim İlerlemeleri” adlı yazıda nikel nanodalların kullanılma olasılığını ve “Yeşil Hidrojen, Griyi Yerine Geçirecek; Yeni Elektrokatalizörler Üretim Maliyetini Etkin Hale Getirecek” adlı yazıda rutenyum, silikon ve tungsten (RuSiW) gibi alternatif katalizörleri tartıştık.

Swarf kullanımının keşfi, bu tür yeni katalizörlere duyulan ihtiyacı ortadan kaldırabilir.

Belki bu yenilikler birleştirilerek daha verimli yeni katalizör tipleri oluşturulabilir. Alternatif olarak, artık gereken platin miktarı 10 kat azaltılabildiğine göre, ultra yüksek kataliz verimliliği elde etmek için platin nanodallarının kullanılması bir seçenek olabilir.

Hidrojen Teknolojisinin Gelişimi ve Amonyak

Bu, “Hidrojen, Depolama Atılımı ile Enerji Kaynağı Olarak Daha Çekici Hale Geldi” başlıklı yazıda tartışıldığı gibi daha verimli hidrojen depolama gibi diğer yeniliklerle muhtemelen birleştirilecektir. “Batarya Hücreleri Sadece Hidrojen Yakıt Hücrelerinin Öncüsü mü? EV’lerin Gerçek Gelecek Nesli?” başlıklı yazıda tartışıldığı gibi hidrojenin enerjiye verimli dönüşümü de bu kapsamda yer alacaktır.

Son olarak, yüksek verimli, düşük maliyetli hidrojen elektrolizi, depolama ve kullanım, “Yeşil Amonyak ile Küresel Deniz Taşımacılığı Hatlarının Karbonsuzlaştırılması” ve “Amonyak Üretimi Çevreye Büyük Zarar Veriyor – Mühendisler Daha Temiz Bir Yöntem Geliştirdi” başlıklı yazılarda tartışıldığı gibi, amonyakın yakıt, taşıma ve hidrojenin uzun vadeli depolama formu olarak yaygın kullanımıyla birleştirilebilir.

Hidrojen Odaklı Şirketler

1. Sibanye Stillwater

Swarf’ın hidrojen üretiminde kullanılması, platin bazlı elektrolizi ekonomik açıdan uygulanabilir kılarak yeşil hidrojenin kitlesel benimsenebilirliğini büyük ölçüde artırabilir.

Bu, son yıllarda baskı altında olan platin piyasasına büyük bir ivme kazandırabilir.

Platin performansının düşük olmasının önemli bir nedeni, yakıtlı otomobiller ve kamyonlardaki katalitik konvertör talebine güçlü bir şekilde bağlı olmasıydı. Dünya elektrikli araçlara yöneldikçe, bu metalin talebinin sürdürülebilirliği sorgulanmaya başladı.

Kaynak: Sibanye Stillwater

Alternatif olarak, uzay endüstrisinden elde edilen hurda metal kullanılarak platin bazlı elektroliz, hidrojen ekonomisinin merkezi haline gelirse, önümüzdeki on yıllar boyunca platin talebi güvence altına alınmış olur.

Güney Afrika merkezli Sibanye Stillwater, dünyadaki en büyük platin üreticilerinden biridir. Ülke, dünya platininin %80’ini üretmekte ve Sibanye Stillwater bu üretimin dörtte birinden sorumludur.

Kaynak: Mining Technology

Ayrıca palladyum, rodyum ve rutenyum gibi platin metal grubu elementlerinin de üreticisidir. Şu anda altın ve batarya metal piyasalarına girmek için çeşitlenmektedir.

Kaynak: Sibanye Stillwater

Platin piyasası, EV’lerin ICE (İçten Yanmalı Motor) karşısındaki benimsenmesi tartışmasıyla kontrol edilmiştir. Platin ve diğer platin metal grubu elementlerinin hidrojen elektrolizindeki hızlı yenilikleri bu durumu değiştirebilir.

Platin, hidrojenin elektriğe dönüştürüldüğü çoğu yakıt hücresi tasarımında da gereklidir. Bu nedenle, swarf tabanlı elektroliz de dahil olmak üzere hidrojen teknolojisindeki ilerlemeler, Sibanye Stillwater gibi platin odaklı madencilere fayda sağlayacaktır.

2. Ballard Power Systems Inc.

Ballard, bir yakıt hücresi üreticisi ve teknolojinin öncüsü olup, ilk yakıt hücresi otobüsünü 1993 yılında üretmiştir.

Şirket, otobüsler, kamyonlar, tren/tramvaylar, gemiler, madencilik/ inşaat ve enerji gibi ağır hizmet pazarlarına odaklanmaktadır. Otobüsler işin temelini oluştururken, 2025 yılına kadar kamyonların büyük bir iş segmenti olmasını beklemektedir. Ayrıca, Avrupa’nın ana pazarı (%50-60) olarak kalmasını, ardından Kuzey Amerika’nın (%25) gelmesini öngörmektedir.

Kamyon yakıt hücrelerinin büyümeye devam etmesi ve 2030’da 7,5 milyar dolarlık bir pazar (195 milyar dolarlık toplam adreslenebilir pazarın) oluşturması bekleniyor; bu, diğer tüm hidrojen/yakıt hücresi uygulamalarının toplamından neredeyse eşit. Yeni teknolojiler sayesinde hidrojen üretim maliyetleri düşerse bu büyüme hızlanabilir.

Kaynak: Ballard

Daha yüksek güç ihtiyacı ve hızlı şarj gereksinimi nedeniyle, ağır hizmet araçları, otomobiller gibi hafif araçlara kıyasla hidrojen ve yakıt hücreleri için daha uygun bir pazar olmuştur. Ayrıca, demiryolu ve troleybüsler için katener hattı ihtiyacını ve uzun mesafe taşımalarda hızlı şarj ihtiyacını azaltır.

Kaynak: Ballard

Şirket, amonyak konusunda da yabancı değildir; örneğin, Amogy ile yaptığı son sözleşmede, “benzersiz amonyak kırma teknolojisine dayanan amonyak‑tan‑güç platformu” için yakıt hücresi sağlamaktadır.

EV’lerin otomobil pazarını hızlı bir şekilde ele geçirme ihtimali makul olsa da, ağır araçların karbonsuzlaştırılması daha zordur. Sektördeki köklü liderliğiyle Ballard, hidrojen ekonomisine yönelik politika itkisinden en çok fayda sağlayacak şirketlerden biri olacaktır.

Katalizörlerdeki ilerlemeler sayesinde hidrojen üretimi hızla ucuzlaşıyor ve bu da hidrojenli araçların yakıt maliyetlerini mekanik olarak azaltıyor. Jeopolitik gerilimler ve artan karbon vergileri nedeniyle petrol fiyatlarının yükselmesi, özellikle yüksek güç gerektiren ve uzun mesafe kat eden (kamyon, otobüs vb.) araçlar için hidrojenin tercih edilmesini sağlayabilir.