내장된 부스러기로 물을 분해하여 수소 생성

수소 및 전기분해 비용

수소는 운송에서 에너지 저장에 이르기까지 녹색 경제를 위한 유망한 연료이며, 운송 및 항공과 같은 많은 산업에서 유일하게 현실적인 무탄소 대체 연료일 수 있습니다.

수소 경제의 등장을 가로막는 주요 요인 중 하나는 비용, 특히 수소 생산 비용입니다.

그린수소(신재생에너지)는 주로 전기분해를 통해 생산되는데, 여기에는 많은 에너지와 촉매가 필요하다. 이러한 촉매는 대부분의 경우 백금과 같은 금속에 의존하기 때문에 가격이 비싼 경향이 있습니다. 백금을 많이 사용할수록 전해조의 가격이 높아집니다.

백금과 같은 금속은 가격이 비쌀 뿐만 아니라 극히 드물기 때문에 수소가 에너지원으로 대량 채택된다면 공급이 부족할 것입니다.

그래서 연구자들이 전기분해에 필요한 촉매 요구량을 대폭 줄였다고 발표한 것은 중요한 소식이었습니다.

"우리는 최첨단 상업용 촉매에 비해 백금 함유량의 10분의 1만 사용하여 물에서 수소를 생산할 수 있습니다.” – 노팅엄 대학교 박사후 연구원 Madasamy Thangamuthu 박사.

부스러기를 이용한 저렴한 전기분해(고철)

이 발견은 영국 노팅엄 대학교 연구진에 의해 이루어졌으며 Journal of Material Chemistry에 ''라는 제목으로 게재되었습니다.고철에서 고효율 전극까지: 수소 생산을 위한 Pt 및 Co의 효과적인 활용을 위해 나노 질감의 부스러기 표면 활용".

초기 발견은 나노 규모의 부스러기 분석에서 나왔습니다. 스와프(Swarf)는 스테인리스강, 티타늄, 니켈합금 등의 금속을 가공할 때 폐기물로 생성되는 나선형 고철입니다. 영국 산업에서만 매년 수백만 톤의 금속 폐기물이 발생합니다.

출처: 노팅엄 대학교

연구진은 전자현미경으로 이러한 부스러기를 분석한 결과, 이러한 금속 폐기물에는 매끄럽지 않은 너비가 수십 나노미터에 불과한 홈과 융기가 있다는 사실을 발견했습니다.

이러한 매우 복잡한 구조와 거대한 접촉 표면은 수소 생산을 위한 전기분해에 사용되는 전기촉매에 이상적인 기판이 될 것입니다.

출처: 재료화학저널

파편에 자기 백금 비

연구진은 파편에 백금 원자를 추가하기 위해 다음과 같은 기술을 사용했습니다. 마그네트론 스퍼터링. 이는 강력한 자기장을 이용해 반도체 생산 시 금속 초박막을 증착하는 데 사용되는 기술입니다.

출처: 코르부스 테크

이 방법은 백금 원자를 칩 위에 "비를 내려" 나노미터 크기의 홈과 능선에 증착합니다.

"28cm²의 부스러기 위에 단 1마이크로그램의 귀금속을 퍼뜨림으로써 우리는 100% 효율로 작동하고 단 하나의 부스러기 조각에서 분당 0.5리터의 수소 가스를 생산하는 실험실 규모의 전해조를 만들 수 있었습니다.” – 노팅엄 대학교 박사후 연구원 Madasamy Thangamuthu 박사.

이 방법을 사용하면 두 가지 유형의 수소 생성 전기촉매를 만들 수 있습니다.

• 백금 원자를 촉매로 사용하는 티타늄 조각, 수소 발생 반응(헤스).
• 코발트 원자를 촉매로 사용하는 니켈 조각 산소 발생 반응(OER)

출처: 재료화학저널

노팅엄 연구원들은 현재 회사와 협력하고 있습니다 Aq수착 기술을 확장합니다.

수소 혁신을 하나로 모으다

새로운 촉매 패러다임

수소 경제를 구축하려면 수소 생산 및 유통망의 모든 단계가 최대한 효율적이어야 합니다.

최근까지 백금 및 코발트 기반 촉매는 희귀하고 가격이 높기 때문에 대체 촉매를 찾는 것이 필요했습니다. 예를 들어, 우리는 “니켈 나노막대 사용 가능성”에 대해 논의했습니다.니켈 기반 전기분해를 통한 수소 생산 발전" 및 "의 루테늄, 실리콘, 텅스텐(RuSiW)과 같은 대체 촉매새로운 전기촉매로 생산 비용 효율성을 높여 회색을 대체할 녹색 수소 세트".

부스러기 사용의 발견은 그러한 새로운 촉매의 필요성을 제거할 수 있습니다.

아마도 이러한 혁신을 결합하여 훨씬 더 효율적인 새로운 유형의 촉매를 만들 수 있을 것입니다. 대안으로, 이제 필요한 백금 양을 10배 줄일 수 있으므로 초고수준의 촉매 효율에 도달하기 위해 백금 나노막대를 사용하는 것이 선택 사항이 될 수 있습니다.

수소 기술 개선 및 암모니아

이는 "에서 논의된 것처럼 보다 효율적인 수소 저장과 같은 다른 혁신과 결합될 가능성이 높습니다.수소는 봉쇄 혁신을 통해 에너지원으로서 더욱 매력적이 되었습니다.“. "에서 논의된 바와 같이 수소를 전력으로 효율적으로 변환합니다.배터리 셀은 수소 연료 전지의 전조에 불과합니까? 진정한 차세대 EV는?".

마지막으로, 고효율, 저비용의 수소 전기분해, 저장 및 활용은 연료, 운송 및 수소의 장기 저장 형태인 암모니아의 대량 사용과 결합될 수 있습니다.녹색 암모니아를 통한 글로벌 운송 경로의 탈탄소화"및"암모니아 생산은 환경에 막대한 해를 끼칩니다. 엔지니어들이 보다 깨끗한 방법을 개발했습니다.".

수소 중심 기업

1. 시바 예 스틸 워터

수소 생산에 부스러기를 사용하면 백금 기반 전기분해를 경제적으로 실행 가능하게 만들어 녹색 수소의 대량 채택 가능성을 극적으로 높일 수 있습니다.

이는 최근 몇 년 동안 압박을 받아온 플래티넘 시장에 엄청난 활력을 불어넣을 수 있습니다.

플래티넘의 저조한 성과의 주요 부분은 수요에 대한 강한 의존도 때문이었습니다. 연료 자동차 및 트럭의 촉매 변환기. 세계가 EV로 전환함에 따라 이 금속에 대한 수요의 생존 가능성에 의문이 제기되었습니다.

출처: 시바 예 스틸 워터

또는 항공우주산업의 고철을 이용한 백금 기반 전기분해가 수소 경제의 중심이 된다면 향후 수십 년 동안 백금 수요가 보장될 것입니다.

남아프리카 공화국의 시바니에 스틸워터는 세계 최대 규모의 백금 생산지 중 하나입니다. 남아프리카 공화국은 전 세계 백금 생산량의 80%를 차지하며, 시바니에 스틸워터는 그 중 XNUMX분의 XNUMX을 담당합니다.

출처: 채광 기술

또한 팔라듐, 로듐, 루테늄과 같은 백금 금속족 원소의 생산업체이기도 합니다. 현재는 금, 배터리 메탈 시장 진출을 위해 다각화를 진행하고 있다.

출처: 시바 예 스틸 워터

플래티넘 시장은 전기차 도입과 내연기관(ICE) 도입 논의로 장악돼 왔다. 백금 및 기타 백금 금속족 원소의 수소 전기분해 사용에 대한 급속한 혁신으로 인해 이러한 상황은 바뀔 수 있습니다.

백금은 수소를 전기로 변환하는 대부분의 연료 전지 설계에도 필요합니다. 따라서 전반적으로, 부스러기 기반 전기분해를 포함한 수소 기술의 발전은 Sibanye Stillwater와 같은 백금 중심 광부에게 도움이 될 것입니다.

2. 발라드 파워 시스템즈

Ballard는 연료 전지 제조업체이자 1993년에 생산된 최초의 연료 전지 버스로 기술의 선구자입니다.

이 회사는 버스, 트럭, 기차/트램, 선박, 광업/건설, 전력 등 대형 시장에 중점을 두고 있습니다. 회사는 버스가 사업의 핵심이었지만 2025년에는 트럭이 주요 사업 부문이 될 것으로 예상하고 있습니다. 또한 유럽이 주요 시장(50~60%)을 유지하고 북미(25%)가 뒤를 이을 것으로 예상합니다.

트럭용 연료전지는 계속 성장하여 7.5년에 2030억 달러 규모의 시장을 대표할 것으로 예상됩니다(TAM 195억 달러 기준). 이는 다른 모든 수소/연료 전지 응용 분야를 합친 것과 거의 같은 규모입니다. 신기술 덕분에 수소 생산 가격이 하락한다면 이러한 성장은 가속화될 수 있습니다.

출처: 발라드

더 높은 전력이 필요하고 빠른 충전이 필요하기 때문에 대형 차량은 자동차와 같은 가벼운 차량보다 수소 및 연료 전지를 위한 좋은 시장이었습니다. 또한 철도 및 트롤리 버스용 전차선의 필요성을 줄이고 장거리 운반을 위한 고속 재충전도 가능합니다.

출처: 발라드

예를 들어 이 회사는 암모니아에 대해서도 낯선 사람이 아닙니다. 최근 계약 과 아모지 "독특한 암모니아 분해 기술에 의존하는 암모니아 전력 플랫폼"을 위한 연료 전지를 제공합니다.

EV가 자동차 시장을 빠르게 장악할 수 있는 합리적인 기회가 있는 반면, 무거운 차량은 탈탄소화하기가 더 어렵습니다. 해당 부문에서 확고한 리더십을 갖춘 Ballard는 수소 경제를 향한 정책 추진의 주요 수혜자가 될 것입니다.

수소 동력 차량의 연료 비용을 기계적으로 절감하는 촉매의 발전으로 인해 수소 생산이 빠르게 저렴해지고 있습니다. 지정학적 긴장과 탄소세 증가로 인해 유가가 오르는 가운데, 특히 많은 전력을 필요로 하고 많은 마일리지를 운전하는 차량(트럭, 버스 등)의 경우 수소에 유리한 방향으로 규모가 기울어질 수 있습니다.