Удосконалення виробництва водню за допомогою електролізу на основі нікелю

Рух вперед з електролізом для виробництва водню

Водень вважається серйозним кандидатом на заміну викопного палива. Це стосується транспорту, завдяки паливним елементам, а також промислових процесів, де висока температура згоряння водню може замінити вугілля та природний газ, коли електрифікація неможлива.

Проблема полягає в тому, що водень не часто можна знайти в легкодоступних природних родовищах, як природний газ. Замість цього його потрібно штучно генерувати, причому електроліз є найпоширенішим методом.

Електроліз - це розщеплення води на водень і кисень. Серед проблем, пов’язаних із тим, як зараз проводиться електроліз, є низька ефективність (витрата енергії) і висока вартість, здебільшого через дорогі каталізатори, такі як платина.

Дослідницька група з Кореї, можливо, знайшла спосіб як підвищити ефективність, так і замінити дорогі каталізатори набагато більш доступним і багатим нікелем.

Нікелеві наноматриці підвищують виробництво водню

Дослідники з групи професора Йонг Кю Кіма з кафедри матеріалознавства та інженерії в POSTECH (Університет Похан, Корея) шукали вирішення великої проблеми з водневим електролізом.

джерело: ПОСТЕЧ

Проблема полягає в тому, що під час виробництва водень залишається «приклеєним» до каталізатора, блокуючи його від потрапляння води та продовження роботи. Це знижує ефективність, збільшуючи необхідну енергію та, зрештою, вимагаючи дорожчих каталізаторів, ніж потрібно.

Натомість професор Чон Кю Кім і його команда створили тонко опрацьовані, не повністю вертикально вирівняні виступи нанострижня з нікелю. Наноструктура та кут нахилу нікелевих стрижнів демонструють те, що називається «супераерофобность», завдяки чому бульбашки водню легше відокремлюються.

Це, у свою чергу, звільняє простір для води, щоб досягти каталізатора та більш ефективного електролізу.

джерело: ПОСТЕЧ

Це може суттєво підвищити ефективність процесу з чудовим 55-кратним покращенням ефективності виробництва водню порівняно з еквівалентною кількістю нікелю в традиційній тонкоплівковій структурі.

Розширення за межі нікелевих каталізаторів

Технологія використовує нанострижні з нікелю, але не обмежується цим металом. Насправді, цей метал з косими нанострижнями, що знижують адгезію водню, теоретично можна використовувати з будь-яким іншим каталізатором. Отже, що це означає для водневих перспектив?

Кращий електроліз

Зараз більшість водню, що виробляється у світі, виробляється з природного газу. Це економічно вигідніше, але перешкоджає меті виробництва водню для зменшення викидів вуглецю.

Щоб отримати справді вуглецевий нейтральний водень, виробляючи його з електроенергії, виробленої з відновлюваних джерел енергії, це шлях, який зазвичай називають «зеленим воднем».

Будь-який метод, який може знизити загальну вартість ланцюжка постачання зеленого водню, є на крок ближчим до того, щоб зробити його життєздатною альтернативою викопному паливу.

Це може бути вірно для «класичних» високоефективних і дорогих платинових каталізаторів, можливо, у поєднанні з нікелевими стрижнями.

Можна також побачити його застосування до інших нещодавно відкритих економічно ефективних каталізаторів електролізу, таких як рутеній, кремній і вольфрам (RuSiW), про які ми розповідали в нашій статті «Зелений водень замінить сірий, оскільки нові електрокаталізатори роблять виробництво рентабельним".

Кращий ланцюг постачання водню

Електроліз також є лише одним із кроків, які можна вдосконалити, щоб зробити водень ключовим каменем наших енергетичних систем.

Наприклад, кращі паливні елементи можуть зробити водневі автомобілі сильними конкурентами електромобілям, про що ми говорили в нашій статті «Чи є елементи батареї лише попередником водневих паливних елементів? Справжнє наступне покоління електромобілів?".

А більш ефективні рішення для великомасштабного зберігання можуть значно полегшити роботу з воднем і його розповсюдження, про що ми говорили в нашій статті "Водень став привабливішим як джерело енергії завдяки прориву у стримуванні".

Можливі інші програми

Використання похилих нанострижнів для створення супераерофобності може мати застосування не тільки для водню.

Перший ефект полягає в тому, що з дешевим і ефективним виробництвом водню відбувається настільки ж ефективне виробництво аміаку. Аміак має кілька суттєвих переваг перед воднем для таких застосувань, як паливо для судноплавства, про що ми обговорювали в «Декарбонізація глобальних судноплавних шляхів за допомогою зеленого аміаку".

Професор Джонг Кю Кім також зазначив, що технологія нанострижнів може принести користь іншим хімічним процесам із залученням газу.

«Підвищуючи ефективність процесу електролізу води для виробництва екологічно чистого водню, ми просуваємося до водневої економіки та суспільства з нейтральним викидом вуглецю.

Цей прорив приносить переваги електролізу води та є перспективним для різних інших застосувань відновлюваної енергії, де поверхневі реакції відіграють вирішальну роль, таких як зменшення вуглекислого газу та системи перетворення світлової енергії».

Таким чином, ця інновація може вийти за межі водню та мати серйозний вплив на захоплення вуглецю та штучний фотосинтез, ідею, яку ми почали досліджувати в «Штучний фотосинтез і здатність до біологічного розкладання: боротьба із загрозою пластику з урахуванням екологічності".

Компанії Hydrogen Solutions

1. Aker Horizons ASA

Відкриття того, як використовувати нікелеві нанострижні, є лише останньою в серії інновацій, що підвищують перспективи використання водню як альтернативного палива та рішень для зберігання енергії. Тож диверсифікований вплив на всі етапи ланцюга постачання водню може окупитися.

Aker Horizons є дочірньою компанією групи Aker, яка займається зеленою енергетикою. Група Aker є важливим норвезьким конгломератом, який зосереджується на відновлюваних джерелах енергії та морському/офшорному бізнесі. Aker Horizon є холдинговою компанією для кількох дочірніх компаній, включаючи уловлювання вуглецю, зелений водень і відновлювані джерела енергії.

Джерело: Акер

Компанія, зокрема, дуже активна у виробництві водню та екологічно чистого аміаку з метою декарбонізації арктичного судноплавства, особливо в Норвегії.

Aker Horizons може впоратися з усією вертикальною інтеграцією «зеленого» водню та аміаку, від морських вітряних млинів до виробництва водню та виробництва «зеленого» аміаку.

Він також працює над такими проектами, як переробка відходів у Франції, завод з виробництва біомаси в Німеччині та уловлювання вуглецю на Близькому Сході (Саудівська Аравія та ОАЕ).

Це робить його хорошою акцією для інвесторів, які шукають доступ до сектору зеленої енергетики в цілому, з сильним позиціонуванням екологічного аміаку та транспортування, а також інших екологічних видів енергії та певної географічної диверсифікації.

2.  Компанія Ballard Power Systems Inc.

Ми ще не впевнені, який буде основним ринком для водню. Це може бути виробництво електроенергії та автомобільне паливо, але воно також може обмежуватися більш важкими завданнями, які важче електрифікувати.

Компанія Ballard є виробником паливних елементів і піонером цієї технології зі своїм першим автобусом на паливних елементах у 1993 році.

Компанія зосереджена на ринках великої вантажопідйомності: автобуси, вантажівки, потяги/трамваї, кораблі, гірничодобувна промисловість/будівництво та енергетика. Хоча автобуси були основою бізнесу, компанія очікує, що до 2025 року вантажівки стануть основним сегментом бізнесу. Він також очікує, що Європа залишиться основним ринком (50-60%), за якою піде Північна Америка (25%).

Очікується, що паливні елементи для вантажних перевезень продовжуватимуть зростати й у 7.5 році складатимуть ринок у розмірі 2030 мільярдів доларів (з TAM у 195 мільярдів доларів), майже такий же великий, як усі інші застосування водню/паливних елементів разом узяті.

Це зростання може прискоритися, якщо ціни на виробництво водню знизяться завдяки новим технологіям, таким як покращений і дешевший електроліз.

джерело: Баллард

Через більшу необхідну потужність і потребу у швидкій зарядці транспортні засоби великої вантажопідйомності були хорошим ринком для водню та паливних елементів замість легких транспортних засобів, таких як автомобілі. Це також зменшує потребу в проводі контактної мережі для рейок і тролейбусів.

джерело: Баллард

Компанії також не чужий аміак, наприклад недавній контракт з Амоги щоб забезпечити його паливними елементами для його «платформи виробництва аміаку, яка базується на унікальній технології крекінгу аміаку».

Хоча електромобілі мають розумні шанси швидко захопити автомобільні ринки, більш важкі транспортні засоби декарбонізувати важче.

Завдяки встановленому лідерству в секторі Ballard стане головним бенефіціаром політики, спрямованої на водневу економіку, а також швидкого зниження вартості виробництва водню за допомогою електролізу на основі нікелю.