Energy
Waterstof genereren door water te splitsen met ingebedde spanen
Securities.io hanteert strenge redactionele normen en kan een vergoeding ontvangen voor beoordeelde links. Wij zijn geen geregistreerde beleggingsadviseur en dit is geen beleggingsadvies. Bekijk onze affiliate openbaarmaking.
Waterstof- en elektrolysekosten
Waterstof is een veelbelovende brandstof voor een groene economie, van transport tot energieopslag, en is mogelijk de enige realistische koolstofvrije alternatieve brandstof voor veel industrieën zoals de scheepvaart en de luchtvaart.
Een sleutelfactor die de opkomst van de waterstofeconomie heeft tegengehouden zijn de kosten, vooral de kosten van de waterstofproductie.
Groene waterstof (uit hernieuwbare energie) wordt voornamelijk geproduceerd via elektrolyse, waarvoor veel energie en katalysatoren nodig zijn. Dergelijke katalysatoren zijn doorgaans duur en zijn in de meeste gevallen afhankelijk van metalen zoals platina. Hoe meer platina er wordt gebruikt, hoe duurder de elektrolyseur.
Metalen als platina zijn niet alleen duur, maar ze zijn ook uiterst zeldzaam en zouden schaars zijn als waterstof massaal als energiebron zou worden toegepast.
Het was dus belangrijk nieuws dat onderzoekers een drastische vermindering van de katalysatorbehoefte voor elektrolyse aankondigden.
"We zijn in staat waterstof uit water te produceren met slechts een tiende van de hoeveelheid platina in vergelijking met de modernste commerciële katalysatoren.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham.
Goedkope elektrolyse met spanen (schroot)
Deze ontdekking werd gedaan door onderzoekers van de Universiteit van Nottingham, VK, en gepubliceerd in de Journal of Material Chemistry, onder de titel “Van schroot tot zeer efficiënte elektroden: het nanogetextureerde oppervlak van spanen benutten voor effectief gebruik van Pt en Co voor de productie van waterstof'.
De eerste bevindingen kwamen voort uit het analyseren van spanen op nanoschaal. Spaanders zijn schrootspiralen die ontstaan als afval bij het bewerken van metaal zoals roestvrij staal, titanium of nikkellegeringen. Industrieën in Groot-Brittannië alleen al genereren jaarlijks miljoenen tonnen metaalafval.
Bij analyse van deze spanen met een elektronenmicroscoop ontdekten de onderzoekers dat deze metaalafvalproducten verre van glad waren en groeven en ribbels hadden die slechts tientallen nanometers breed waren.
Deze zeer complexe structuren en massieve contactoppervlakken zouden ideale substraten vormen voor elektrokatalysatoren die worden gebruikt bij elektrolyse voor de productie van waterstof.
Magnetische platinaregen op spaanders
Om platina-atomen aan het spanen toe te voegen, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd magnetron sputteren. Dit is een techniek die bij de productie van halfgeleiders wordt gebruikt om dankzij krachtige magnetische velden een ultradun laagje metaal aan te brengen.
Bron: Korvus-technologie
Deze methode 'regent' platina-atomen op het spanen en zet ze af in de groeven en richels van nanometerformaat.
"Door slechts 28 microgram van het edelmetaal over 1 cm² spanen te verspreiden, konden we een elektrolysator op laboratoriumschaal creëren die met 100% efficiëntie werkt en 0.5 liter waterstofgas per minuut produceert uit slechts één stuk spanen.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham.
Met deze methode konden 2 soorten waterstofgenererende elektrokatalysatoren worden gecreëerd:
- Titaanspanen met platina-atomen als katalysator, tbv waterstof evolutie reactie(HES).
- Nikkelspanen met kobaltatomen als katalysator, tbv reactie van zuurstofontwikkeling(OER)
De onderzoekers uit Nottingham werken nu samen met het bedrijf AqSorptie om de technologie op te schalen.
Waterstofinnovaties samenbrengen
Nieuwe katalysatorparadigma's
Het opbouwen van de waterstofeconomie vereist dat elke stap van de waterstofproductie- en distributieketen zo efficiënt mogelijk wordt.
Tot voor kort maakten de zeldzaamheid en de hoge kosten van op platina en kobalt gebaseerde katalysatoren het noodzakelijk om alternatieve katalysatoren te ontdekken. We bespraken bijvoorbeeld de mogelijkheid om nikkel-nanostaafjes te gebruiken in “Vooruitgang in de waterstofproductie met op nikkel gebaseerde elektrolyse” en alternatieve katalysatoren zoals ruthenium, silicium en wolfraam (RuSiW) in “Groene waterstof gaat grijs vervangen omdat nieuwe elektrokatalysatoren de productie kosteneffectief maken'.
De ontdekking van het gebruik van spanen zou de behoefte aan dergelijke nieuwe katalysatoren kunnen wegnemen.
Misschien kunnen deze innovaties worden gecombineerd om nog efficiëntere nieuwe typen katalysatoren te creëren. Nu de benodigde hoeveelheid platina tien keer kan worden verminderd, zou het gebruik van nanostaafjes platina om ultrahoge niveaus van katalyse-efficiëntie te bereiken een optie kunnen zijn.
Waterstoftechnologie verbeteren en ammoniak
Dit zal waarschijnlijk gecombineerd worden met andere innovaties, zoals efficiëntere opslag van waterstof zoals besproken in “Waterstof is zojuist aantrekkelijker geworden als energiebron dankzij de doorbraak op het gebied van insluiting“. Efficiënte omzetting van waterstof in energie zoals besproken in “Zijn batterijcellen slechts een voorloper van waterstofbrandstofcellen? De echte volgende generatie elektrische voertuigen?'.
Ten slotte zouden de zeer efficiënte, goedkope waterstofelektrolyse, -opslag en -gebruik kunnen worden gecombineerd met het massale gebruik van ammoniak als brandstof, transport en langdurige opslag van waterstof, zoals besproken in “Het koolstofvrij maken van mondiale scheepvaartroutes door middel van groene ammoniak"En"De productie van ammoniak is enorm schadelijk voor het milieu – ingenieurs hebben zojuist een schonere methode ontwikkeld'.
Op waterstof gerichte bedrijven
1. Sibanye Stillwater
Sibanye Stillwater Limited (SBSW + 4.1%)
Het gebruik van spanen voor de productie van waterstof zou de levensvatbaarheid van de massale adoptie van groene waterstof dramatisch kunnen vergroten door op platina gebaseerde elektrolyse economisch haalbaar te maken.
Dit zou een enorme impuls kunnen betekenen voor de platinamarkt, die de afgelopen jaren onder druk heeft gestaan.
Een belangrijk deel van de ondermaatse prestatie van platina was te wijten aan de sterke afhankelijkheid van de vraag naar platina katalysatoren in brandstofauto's en vrachtwagens. Nu de wereld zich steeds meer richting elektrische voertuigen wendt, wordt de levensvatbaarheid van de vraag naar dit metaal in twijfel getrokken.
Bron: Sibanye Stillwater
Als op platina gebaseerde elektrolyse met behulp van schroot uit de lucht- en ruimtevaartindustrie een centrum van de waterstofeconomie wordt, is de vraag naar platina voor de komende decennia verzekerd.
De Zuid-Afrikaanse Sibanye Stillwater is een van de grootste platinaproducenten ter wereld. Het land produceert 80% van het platina in de wereld, en Sibanye Stillwater is verantwoordelijk voor een kwart van die productie.
Bron: Mijnbouwtechnologie
Het is ook een producent van elementen uit platinametaalgroepen zoals palladium, rhodium en ruthenium. Het is momenteel aan het diversifiëren om de goud- en batterijmetaalmarkten te betreden.
Bron: Sibanye Stillwater
De platinamarkt wordt beheerst door de discussie over de adoptie van elektrische voertuigen versus ICE (Internal Combustion Engine). Met snelle innovatie in het gebruik van waterstofelektrolyse van platina en andere elementen uit de platinametaalgroep zou dit kunnen veranderen.
Platina is ook vereist in de meeste ontwerpen van brandstofcellen die waterstof omzetten in elektriciteit. Over het geheel genomen zou de vooruitgang die is geboekt op het gebied van waterstoftechnologie, inclusief elektrolyse op basis van spanen, maar niet alleen, ten goede moeten komen aan op platina gerichte mijnwerkers zoals Sibanye Stillwater.
2. Ballard Power Systems Inc.
Ballard Power Systems Inc. (BLDP -0.53%)
Ballard is een brandstofcelfabrikant en een pionier op het gebied van de technologie met zijn eerste brandstofcelbus die in 1993 werd geproduceerd.
Het bedrijf richt zich op zware markten: bussen, vrachtwagens, treinen/trams, schepen, mijnbouw/bouw en energie. Hoewel bussen de kern van het bedrijf vormden, verwacht het bedrijf dat vrachtwagens in 2025 een belangrijk bedrijfssegment zullen zijn. Het verwacht ook dat Europa zijn belangrijkste markt zal blijven (50-60%), gevolgd door Noord-Amerika (25%).
Er wordt verwacht dat brandstofcellen voor vrachtwagens zullen blijven groeien en in 7.5 een markt van $2030 miljard zullen vertegenwoordigen (van een TAM van $195 miljard), bijna net zo groot als alle andere waterstof/brandstofceltoepassingen samen. Deze groei zou kunnen versnellen als de prijzen voor de productie van waterstof dankzij nieuwe technologieën dalen.
Bron: Ballard
Vanwege het hogere vereiste vermogen en de behoefte aan snel opladen zijn zware voertuigen een goede markt voor waterstof en brandstofcellen geweest ten opzichte van lichtere voertuigen zoals auto's. Het vermindert ook de behoefte aan bovenleiding voor spoor- en trolleybussen, en aan snel opladen voor langeafstandsvervoer.
Bron: Ballard
Ook op het gebied van ammoniak is het bedrijf geen onbekende een recent contract met Amogiek om het te voorzien van brandstofcellen voor zijn “ammoniak-to-power-platform dat vertrouwt op unieke ammoniakkraaktechnologie”.
Hoewel elektrische voertuigen een redelijke kans hebben om snel de automarkten over te nemen, zijn zwaardere voertuigen moeilijker koolstofvrij te maken. Met zijn gevestigde leiderschap in de sector zou Ballard een van de voornaamste begunstigden zijn van een beleidspush in de richting van een waterstofeconomie.
De productie van waterstof wordt snel goedkoper dankzij de vooruitgang op het gebied van katalysatoren die de brandstofkosten van voertuigen op waterstof mechanisch verlagen. Nu de olieprijzen stijgen als gevolg van geopolitieke spanningen en toenemende CO2-belastingen, zou dit de balans kunnen doen doorslaan ten gunste van waterstof, vooral voor voertuigen die veel vermogen vergen en veel kilometers afleggen (vrachtwagens, bussen, enz.).
