Yeni Elektrokatalizörler Üretim Maliyetini Düşürdükçe Yeşil Hidrojen Gri Hidrojeni Yerine Geçmeye Hazır

Daha Ucuz ve Daha Yeşil Hidrojen

Green hydrogen, yenilenebilir enerji kaynaklarından yakıt olarak hidrojen üretme fikridir ve fosil yakıtlara bir alternatif oluşturur. Ancak, elektroliz yoluyla hidrojen üretimi, platin ailesine ait pahalı ve nadir metallere ihtiyaç duyar.

Koreli araştırmacılar Prof. Jungki Ryu UNIST ve Prof. Dong-Hwa Seo KAIST , platin veya iridyum kullanmadan kaçınmak için yeni bir katalizör türü olan rutenyum‘u buldular.

Daha da kesin olarak, rutenyum, silikon ve tungsten (RuSiW) alaşımına dayanır; bu alaşım çok daha ucuz ve çevreye daha az zarar verir.

Hidrojen Gökkuşağı

Hydrojen, evrendeki en bol atomdur ancak Dünya’da yakıt olarak kolay bulunmaz.

Şu anda üretilen çoğu hidrojen, metan (doğal gaz) kullanılarak yapılan ve atmosfere çok miktarda karbon salan sözde “gri hidrojen”dir. Bu, hidrojenin olası “renklerinden” sadece biridir:

• Gri/kahverengi hidrojen: fosil yakıtlardan üretilir.
• Mavi hidrojen: fosil yakıtlardan üretilir, ancak karbon yakalama ile.
• Pembe hidrojen (bazen sarı hidrojen olarak da adlandırılır): nükleer enerjiden üretilir.
• Turkuaz hidrojen: metanın piroliziyle üretilir. Bu işlem metanı hidrojen ve katı karbona ayırır. Katı karbon depolanabilir veya karbon fiber gibi uygulamalarda kullanılabilir.
• Yeşil Hidrojen: yenilenebilir enerjiden üretilir.

Yeşil hidrojen, iklim bilincine sahip çoğu kişi için ideal bir durum ve hedeftir. Üretimi, su moleküllerini gaz halinde hidrojen ve oksijene ayıran elektroliz adı verilen bir sürece dayanır. Bu oldukça enerji yoğun bir süreçtir ve aynı zamanda platin grubundan katalizör elementlerine de bağlıdır.

Yeşil Hidrojen Arayışı

Yeşil hidrojen, ekonomiyi karbon salınımından arındırma bulmacasının önemli bir parçasıdır; çünkü yalnızca elektrikle mümkün olmayan uygulamaları doldurabilir. örneğin, geleneksel çelik üretim süreçlerinden kaynaklanan karbon emisyonlarını %95 oranında azaltabilir. Çelik üretimi, küresel emisyonların %11’ini oluşturur. Ayrıca yakıt hücreleri tarafından araba, kamyon ve tekne motorlarını güçlendirmek için kullanılabilir.

Bu aynı zamanda doğrudan enerji depolama veya uzun mesafe deniz taşımacılığı yakıtı ya da uzun vadeli enerji depolama için iyi bir aday olan amonyak üretiminde kullanılabilir; bu konuyu “Diğer Hidrojen Yakıtı – En İyi 5 Yeşil Amonyak Hissesi” adlı makalemizde tartıştık.

Rutenyumun platin yerine alternatif olabileceği uzun zamandır bilinmektedir, ancak şu sınırlamalara sahiptir:

• platinle karşılaştırıldığında daha düşük katalitik aktivite.
• iridyumla karşılaştırıldığında daha düşük stabilite.

Bu son keşif, rutenyum atomunun etrafındaki silikonun, katalizör yüzeyindeki H+ emilim yoğunluğunu artırdığını ortaya koydu.

Stabilite, 5~10 nm kalınlığındaki ince bir tungsten filmle artırılır ve rutenyumun katalitik bölgesini korur. Bu, yarı iletken üretiminde kullanılan aynı teknik türüdür; burada gaz halinde tungsten, silikon çipin üzerine çok ince bir katman olarak biriktirilir.

Faydalanacak Sektörler

Yeşil hidrojen üretimini daha ucuz ve çevre dostu hale getirerek, bu keşif birden fazla sektöre ivme kazandırabilir:

• Yakıt hücresi üreticileri, motorlarının ekonomik verimliliği daha ucuz yakıttan fayda sağlayacak.
• Yeşil Hidrojen üreticileri, daha yüksek marjlar elde edebilir ve hidrojenin enerji pazarlarında pazar payını artırmasını görebilir.
• Yeşil amonyak üreticileri. Sadece amonyak üretimi için daha ucuz hidrojene erişmekle kalmayacak, aynı zamanda amonyağın geniş çapta benimsenmesi, toksik ve “süper sera gazları” NOx’i azaltmak için katalizörler gerektirir. Bu genellikle platin de gerektirir, ancak RuSiW burada da işe yarayabilir mi?
• Yenilenebilir enerji sektörü, büyük ölçekli yeşil hidrojen üretimi sayesinde, yoğun güneş veya rüzgar zamanlarında “fazla” enerjiyi değerlendirme imkanı sunacak.

Faydalanacak Şirketler

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon, yeşil enerji etrafında odaklanan Aker grubunun bir yan kuruluşudur. Grup, yenilenebilirler ve deniz/karasal işlere odaklanan önemli bir Norveç konglomerasıdır. Aker Horizon, karbon yakalama, yeşil hidrojen ve yenilenebilir enerjileri içeren çeşitli yan kuruluşların holding şirketidir.

Kaynak: Aker

Şirket, hidrojen ve yeşil amonyak üretiminde özellikle aktif olup, Arktik deniz taşımacılığını karbon salınımından arındırmayı ve fosil yakıtları hidrojen bazlı yakıtlarla değiştirmeyi hedeflemektedir.

Kaynak: Aker

Bu nedenle Aker, yeşil hidrojen üretimindeki maliyet düşüşünden faydalanmak için mükemmel bir konumdadır. Kıyı dışı rüzgar türbinlerinden hidrojen üretimine ve yeşil amonyak üretimine kadar yeşil amonyak için tüm dikey entegrasyonu yönetebilir.

Ayrıca Fransa’da atıktan enerjiye, Almanya’da biyokütle tesisine ve Orta Doğu’da (Suudi Arabistan ve BAE) karbon yakalama projelerinde de çalışmaktadır.

Bu, yeşil enerji sektörüne geniş bir maruziyet arayan yatırımcılar için, yeşil hidrojen ve yeşil amonyakta güçlü bir konum, ayrıca diğer yeşil enerjiler ve belli bir coğrafi çeşitlendirme sunan iyi bir hisse haline getirir.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ), yakıt hücrelerine odaklanan yeşil hidrojen lideridir. Özellikle, yakıt hücreleri 40.000’den fazla forklift’i güçlendirmekte ve 2013’ten bu yana gelirleri 8 kat artmıştır. Ayrıca hidrojen üretimi, lojistik, kamu ölçeğinde enerji üretimi ve dağıtım gibi hidrojen altyapısı inşa etmede de aktiftir.

Şirket, üretim maliyetlerini $10/kg’dan $4/kg’a düşürmek ve 2027’de üretimi 14 kat artırmak için ölçeklendirme hedeflemektedir. Elbette, elektroliz için platin gereksinimini ortadan kaldıran yeni teknolojiler de yardımcı olacaktır.

Kaynak: Plug Power

2020’den bu yana üretim kapasitesini 19 kat artırmak için büyük yatırımlar nedeniyle şirket henüz kâr elde edememektedir. Bu durum, 2023’ün başından sonuna kadar gelirin neredeyse iki katına çıkmasına yol açtı.

Mevcut ve öngörülen işlerin çoğunun Kuzey Amerika’dan gelmesi beklenmektedir. United Hydrogen ve Giner ELX gibi stratejik satın alımları, hidrojen üretimi, sıvılaştırma ve dağıtım yeteneklerini artırarak şirketin hidrojen ekonomisindeki konumunu daha da güçlendirmiştir.

Şirket, çözümünü doğrudan bir mobilite yakıtı ya da elektrikli araçlara (EV) bir tamamlayıcı olarak görüyor; çünkü hidrojen, yenilenebilir enerji üretiminin gün içinde yoğun olduğu zamanlarla eşleşmeyen EV’lerin şebeke üzerindeki pik şarj baskısını azaltıyor.

Kaynak: Plug Power

Büyük bir yakıt hücresi üreticisi olarak Plug Power, hidrojen/amonyak temelli bir ekonomiye geçişten güçlü bir şekilde fayda sağlayacaktır. Bu da Plug Power’ı genel olarak hidrojen yönelimli bir dönüşe, amonyak olsun ya da olmasın, yatırım yapmak için iyi bir hisse yapar. Maliyet ve ölçek odaklı yaklaşımları da takdire şayandır.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard, bir diğer yakıt hücresi üreticisi ve 1993’teki ilk yakıt hücresi otobüsüyle teknolojinin öncüsüdür.

Şirket, otobüsler, kamyonlar, tren/vagonlar, gemiler, madencilik/insaat ve enerji gibi ağır hizmet pazarlarına odaklanmaktadır. Otobüsler işin çekirdeği olurken, şirket 2025 yılına kadar kamyonların büyük bir iş segmenti olmasını beklemektedir. Ayrıca Avrupa’nın ana pazarını (%50-60) koruyacağını, ardından Kuzey Amerika’nın (%25) geleceğini öngörmektedir.

Kamyon yakıt hücrelerinin büyümeye devam etmesi ve 2030’da 7,5 milyar dolar pazarını temsil etmesi bekleniyor (195 milyar dolar toplam adreslenebilir pazarın bir kısmı), ki bu diğer tüm hidrojen/yakıt hücresi uygulamalarının toplamından neredeyse eşittir. Bu büyüme, yeni teknolojiler sayesinde hidrojen üretim fiyatları düşerse hızlanabilir.

Kaynak: Ballard

Daha yüksek güç ve hızlı şarj ihtiyacı nedeniyle, ağır hizmet araçları, arabalar gibi hafif araçlara göre hidrojen ve yakıt hücreleri için daha iyi bir pazar olmuştur. Ayrıca demiryolu ve troleybüsler için asma hat ihtiyacını ve uzun mesafe taşımacılığında hızlı şarjı azaltır.

Kaynak: Ballard

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

Elektrikli araçların (EV) otomobil pazarını hızlı bir şekilde devralma şansı makul olsa da, ağır araçların karbon salınımını azaltmak daha zordur. Sektördeki yerleşik liderliğiyle Ballard, hidrojen ekonomisine yönelik politika itkisinden en çok fayda sağlayacak şirket olacaktır.

4. Seaborg

Seaborg, 800 MW’a kadar çıkabilen kompakt eriyik tuz nükleer reaktör ve aynı zamanda yüzen bir enerji santrali geliştiren Danimarkalı bir şirkettir.

Kaynak: Seaborg

Seaborg nükleer reaktörlerinin deniz tabanlı tasarımı, Endonezya ve Norveç ile yürütülen görüşmeler sayesinde kıyı ülkeleri için uygun bir çözüm sunar.

Seaborg, gemi inşasında küresel lider Samsung Heavy Industries ile birlikte hidrojen ve amonyak tesisleriyle birleştirilmiş yüzen Nükleer Enerji Santralleri geliştirmek için çalışmaktadır.

Yeşil politikalar ve aktivistler tarafından sıkça tercih edilse de, karbon emisyonlarını azaltmak için hidrojenin yeşil elektrikle üretilmesi zorunlu değildir; sadece enerjinin düşük karbonlu bir kaynaktan gelmesi gerekir. Bu nedenle nükleer de bir seçenek olarak değerlendirilebilir.

Dolayısıyla, Seaborg nükleer destekli bir Hidrojen ve Amonyak ekonomisinin ayrılmaz bir parçası haline gelebilir. Ayrıca, nükleer reaktörlerin kolay dağıtılabilir ve taşınabilir olması, limanlara hidrojen temini için mükemmel bir seçenek olabilir.

Mevsimsel talebe göre rotasyon yapabilirler; örneğin, yenilenebilir üretimin düşük olduğu kış aylarında kuzey yarımkürede kalıp, yılın geri kalanında diğer bölgelere taşınabilirler.

5. Bloom Energy

Bloom’un kurucu ortağı, Gemini projesi için 1960’larda ilk hidrojen yakıt hücresini inşa etmiş ve 1980’lerde elektroliz öncülerinden biri olmuştur.

Şirket, yüzlerce müşteriye 1 GW yerinde birincil enerji üretim çözümleri sağlamış ve 2018’den bu yana ABD’de kurulan tüm sabit yakıt hücrelerinin %95’i Bloom Energy (BE ) Sunucuları olmuştur.

Kaynak: Bloom Energy

Bloom’un odak noktası, endüstriyel tesisler, veri merkezleri, hastaneler, perakende merkezleri ve diğer büyük tesisler olmakla birlikte mikro şebekelerin dağıtımını da içermektedir. Ayrıca deniz taşımacılığı için yakıt hücreleri geliştirmekte çalışmaktadır.

Bloom, gelirlerinin büyük kısmını yakıt hücresi ve elektrolizör satışlarından elde etmektedir; bu, toplam gelirin %75’ini oluşturur ve satışların üçte ikisi ABD’dedir.

Şirketin elektrolizörleri, katı oksit teknolojisini kullanmakta olup, proton elektrolit membranı (PEM) gibi eski yöntemlere göre megawatt başına %20-25 daha fazla hidrojen üretmektedir.

Kaynak: Bloom Energy

Büyük tesis yakıt hücresi sistemlerinde lider bir konumda olan Bloom, ucuz hidrojen üretiminden fayda sağlayacaktır; ancak daha ucuz, platin içermeyen elektroliz katalizörlerinin ortaya çıkması, sunduğu katı oksit elektrolizörlerine bir tehdit oluşturabilir.