אנרגיה
יצירת מימן על ידי פיצול מים עם ספייס מוטבע
Securities.io מקפיד על סטנדרטים מחמירים של עריכה ועשוי לקבל פיצוי מקישורים שנבדקו. איננו יועצי השקעות רשומים וזה אינו ייעוץ השקעות. אנא עיינו באתר שלנו גילוי נאות.
עלויות מימן ואלקטרוליזה
מימן הוא דלק מבטיח לכלכלה ירוקה, מתחבורה ועד אגירת אנרגיה, ועשוי להיות הדלק האלטרנטיבי נטול הפחמן המציאותי היחיד עבור תעשיות רבות כמו ספנות וטיסה אווירית.
גורם מרכזי אחד שעצר את הופעתה של כלכלת המימן הוא העלות, במיוחד עלות ייצור המימן.
מימן ירוק (מאנרגיה מתחדשת) מיוצר בעיקר באמצעות אלקטרוליזה, הדורשת הרבה אנרגיה וזרזים. זרזים כאלה נוטים להיות יקרים, והם מסתמכים ברוב המקרים על מתכות כמו פלטינה. ככל שמשתמשים יותר בפלטינה, כך האלקטרוליזר יקר יותר.
לא רק שמתכות כמו פלטינה יקרות, אלא שהן גם נדירות ביותר והיה חסרות אספקה אם מימן היה מאומץ המוני כמקור אנרגיה.
אז זה היה חדשות חשובות שחוקרים הכריזו על הפחתה דרסטית בדרישת הזרז לאלקטרוליזה.
"אנו מסוגלים לייצר מימן ממים תוך שימוש רק בעשירית מכמות העמסת הפלטינה בהשוואה לזרזים מסחריים חדישים." – ד"ר מדסאמי תנגמוטו, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת נוטינגהאם.
אלקטרוליזה זולה עם סווארפ (גרוטאות מתכת)
גילוי זה נעשה על ידי חוקרים מאוניברסיטת נוטינגהאם, בריטניה, ופורסם בכתב העת Journal of Material Chemistry, תחת הכותרת "מגרוטאות מתכת ועד אלקטרודות יעילות במיוחד: רתימת פני השטח בעלי הטקסטורה הננו-מרקם של ספייס לניצול יעיל של Pt ו-Co לייצור מימן".
הממצאים הראשוניים הגיעו מניתוח ספייס בקנה מידה ננו. סווארף הוא ספירלות מתכת של גרוטאות שנוצרות כפסולת בעת עיבוד מתכת כמו נירוסטה, טיטניום או סגסוגת ניקל. תעשיות בבריטניה לבדה מייצרות מיליוני טונות של פסולת מתכת מדי שנה.
מקור: אוניברסיטת נוטינגהאם
כאשר ניתחו את השברים הללו עם מיקרוסקופ אלקטרונים, גילו החוקרים כי רחוק מלהיות חלק, לפסולת המתכת הללו יש חריצים ורכסים ברוחב של עשרות ננומטרים בלבד.
המבנים המורכבים מאוד ומשטחי המגע האדירים הללו יהוו מצעים אידיאליים לאלקטרו-זרזים המשמשים באלקטרוליזה לייצור מימן.
פלטינה מגנטי גשם על סרבבים
כדי להוסיף אטומי פלטינה לסרב, השתמשו החוקרים בטכניקה שנקראת מקרטעת מגנטרון. זוהי טכניקה המשמשת בייצור מוליכים למחצה להפקדת סרט דק במיוחד של מתכת, הודות לשדות מגנטיים רבי עוצמה.
מקור: קורבוס טק
שיטה זו "ממטירה" אטומי פלטינה על השבר, ומפקידה אותם בחריצים וברכסים בגודל ננומטר.
"על ידי פיזור של 28 מיקרוגרם בלבד של המתכת היקרה על פני 1 ס"מ רבוע של הסמרב, הצלחנו ליצור אלקטרוליזר בקנה מידה מעבדתי הפועל ביעילות של 100% ומפיק 0.5 ליטר גז מימן לדקה רק מחתיכת סבבה אחת." – ד"ר מדסאמי תנגמוטו, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת נוטינגהאם.
שיטה זו אפשרה יצירת 2 סוגים של אלקטרו-זרזים לייצור מימן:
- שבר טיטניום עם אטומי פלטינה כזרז, עבור תגובת התפתחות מימן(HES).
- ניקל שרב עם אטומי קובלט כזרז, עבור תגובת התפתחות חמצן(OER)
חוקרי נוטינגהם עובדים כעת עם החברה AqSorption להגדיל את הטכנולוגיה.
מביאים יחד חידושי מימן
פרדיגמות זרז חדשות
בניית כלכלת המימן תחייב שכל שלב בשרשרת הייצור וההפצה של המימן יתייעל ככל האפשר.
עד לא מזמן, הנדירות והעלות הגבוהה של זרזים מבוססי פלטינה וקובלט גרמו לגילוי זרזים חלופיים. לדוגמה, דנו באפשרות של שימוש בננורוד ניקל ב"התקדמות בייצור מימן עם אלקטרוליזה מבוססת ניקל" וזרזים חלופיים כמו רותניום, סיליקון וטונגסטן (RuSiW) ב"מימן ירוק יחליף את האפור כאשר אלקטרו-זרזים חדשים הופכים את הייצור לחסכוני".
הגילוי של שימוש בשרב יכול להסיר את הצורך בזרזים חדשים כאלה.
אולי ניתן לשלב את החידושים הללו כדי ליצור סוגים חדשים יעילים עוד יותר של זרזים. לחלופין, כעת, כאשר ניתן להפחית את כמות הפלטינה הנדרשת פי 10, שימוש בננורודים של פלטינה כדי להגיע לרמות גבוהות במיוחד של יעילות קטליזה יכולה להיות אופציה.
מימן טק שיפור ואמוניה
סביר להניח שזה ישלב עם חידושים אחרים, כמו אחסון יעיל יותר של מימן כפי שנדון ב"מימן פשוט הפך לאטרקטיבי יותר כמקור אנרגיה באמצעות פריצת דרך". המרה יעילה של מימן לכוח כפי שנדון ב"האם תאי סוללה הם רק מבשר לתאי דלק מימן? הדור הבא האמיתי של רכבי החשמל?".
לבסוף, ניתן לשלב את האלקטרוליזה, האחסון והניצול של מימן בעלות יעילות גבוהה, עם שימוש המוני באמוניה כדלק, הובלה וצורת אחסון לטווח ארוך של מימן, כפי שנדון ב"שחרור פחמן של נתיבים גלובליים דרך אמוניה ירוקה"וגם"ייצור אמוניה מזיק מאוד לסביבה - מהנדסים זה עתה פיתחו שיטה נקייה יותר".
חברות ממוקדות מימן
1. סיבניה סטילווטר
Sibanye Stillwater Limited (SBSW +% 4.1)
השימוש בשרב לייצור מימן יכול להגביר באופן דרמטי את הכדאיות של אימוץ המוני של מימן ירוק על ידי הפיכת אלקטרוליזה מבוססת פלטינה לכדאית כלכלית.
זה יכול להיות דחיפה מסיבית לשוק הפלטינה, שנמצא בלחץ בשנים האחרונות.
חלק מרכזי בתפקוד נמוך של פלטינה נבע מההסתמכות החזקה שלה על ביקוש ממירים קטליטיים במכוניות דלק ומשאיות. כשהעולם פנה לעבר רכבי EV, זה העמיד בספק את כדאיות הביקוש למתכת זו.
מקור: סיבניה סטילווטר
לחילופין, אם אלקטרוליזה מבוססת פלטינה באמצעות גרוטאות מתכת מתעשיית התעופה והחלל הופכת למרכז של כלכלת המימן, הביקוש לפלטינה לעשורים הבאים מובטח.
Sibanye Stillwater הדרום אפריקאית היא אחת מיצרניות הפלטינה הגדולות בעולם. המדינה מייצרת 80% מהפלטינה העולמית, ו-Sibanye Stillwater אחראית על רבע מהייצור הזה.
מקור: טכנולוגיית כרייה
הוא גם יצרן של אלמנטים מקבוצות מתכת פלטינה כמו פלדיום, רודיום ורותניום. כיום היא מתגוונת כדי להיכנס לשוקי הזהב ומתכת הסוללות.
מקור: סיבניה סטילווטר
שוק הפלטינה נשלט על ידי הדיון על אימוץ EVs מול ICE (מנוע בעירה פנימית). עם חדשנות מהירה בשימוש באלקטרוליזה מימן של פלטינה ואלמנטים אחרים של קבוצת מתכת פלטינה, זה עשוי להשתנות.
פלטינה נדרשת גם ברוב העיצובים של תאי דלק הממירים מימן לחשמל. אז בסך הכל, ההתקדמות שנעשתה בטכנולוגיית המימן, כולל אלקטרוליזה מבוססת סרב, אבל לא רק, אמורה להועיל לכורים ממוקדי פלטינה כמו Sibanye Stillwater.
2. Ballard מערכות חשמל בע"מ
Ballard מערכות חשמל בע"מ (BLDP -0.53%)
באלארד היא יצרנית תאי דלק, וחלוצה של הטכנולוגיה עם אוטובוס תאי הדלק הראשון שיוצר ב-1993.
החברה מתמקדת בשווקים כבדים: אוטובוסים, משאיות, רכבות/חשמליות, ספינות, כרייה/בנייה וכוח. בעוד שאוטובוסים היו ליבת העסקים, החברה צופה שעד 2025 משאיות יהיו פלח עסקי מרכזי. היא גם צופה שאירופה תישאר בשוק העיקרי שלה (50-60%), ואחריה צפון אמריקה (25%).
תאי דלק להובלות צפויים להמשיך ולגדול ולייצג שוק של 7.5 מיליארד דולר בשנת 2030 (מ-TAM של 195 מיליארד דולר), כמעט כמו כל שאר יישומי המימן/תאי הדלק ביחד. צמיחה זו עשויה להאיץ אם מחירי ייצור המימן יירדו הודות לטכנולוגיות חדשות.
מקור: באלארד
בגלל ההספק הגבוה הנדרש, והצורך בטעינה מהירה, רכבים כבדים היו שוק טוב למימן ותאי דלק על פני רכבים קלים יותר כמו מכוניות. זה גם מפחית את הצורך בחוט צינור לאוטובוסי רכבת וטרולי, וטעינה מהירה עבור הובלה למרחקים ארוכים.
מקור: באלארד
החברה לא זרה גם לאמוניה, עם למשל חוזה לאחרונה עם אמוגיה לספק לה תאי דלק עבור "פלטפורמת האמוניה לכוח הנשענת על טכנולוגיית פיצוח אמוניה ייחודית".
בעוד שלמכוניות חשמליות יש סיכוי סביר להשתלט במהירות על שווקי הרכב, כלי רכב כבדים יותר קשים לשחרור פחמן. עם ההנהגה המבוססת שלה במגזר, באלארד יהיה המרוויח העיקרי מדחיפה של מדיניות לקראת כלכלת מימן.
ייצור המימן הופך לזול במהירות הודות להתקדמות בזרזים המפחיתים באופן מכני את עלות הדלקים של כלי רכב המונעים במימן. עם עליית מחירי הנפט עקב מתחים גיאופוליטיים ומסי פחמן גדלים, הדבר עשוי להטות את הסקאלה לטובת מימן, במיוחד עבור כלי רכב הדורשים כוח רב ונוסעים הרבה קילומטראז' (משאיות, אוטובוסים וכו').
