Membranfreier grüner Wasserstoff, um den Blues über fossile Brennstoffe zu vertreiben

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Interessengruppen im Bereich der fossilen Brennstoffe sind darauf angewiesen, dass Petrochemikalien über Wasser bleiben, da erneuerbare Energien den Stromerzeugungssektor übernehmen, aber die neue grüne Wasserstofftechnologie fängt an, ihnen den Boden unter den Füßen wegzuziehen. Derzeit schirmen die relativ hohen Kosten für grünen Wasserstoff die fossile Energie von der Konkurrenz ab. Dennoch sinken die Kosten, und ein neues membranloses Elektrolysesystem könnte eher früher als später zu einer Abrechnung mit Kohle, Öl und Erdgas führen.

Auf der Jagd nach dem grünen Wasserstoff-Einhorn

CleanTechnica Zum ersten Mal stießen wir 2015 auf das Thema grüner Wasserstoff, als wir uns auf eine Technologietour durch die Schweiz begaben, die uns zur EPFL, der École Polytechnique Fédérale de Lausanne, führte.

Der Hauptzweck des Besuchs war die Perowskit-Solarzellenforschung von Professor Michael Graetzel, Leiter des Labors für Photonik und Grenzflächen der Schule. Wir wurden auch zu einer Wasserstoffpräsentation von Professor Kevin Sivula, Leiter des Molecular Engineering of Optoelectronic Nanomaterials Lab, eingeladen.

„Die EPFL ist eine von mehreren erstklassigen Forschungseinrichtungen, die sich der solarbetriebenen Wasserstoffproduktion widmen, auch bekannt als ‚Solarraffinerie‘, die Wasserstoff produzieren kann – im Wesentlichen ein Mittel zur Speicherung von Sonnenenergie in einer einfachen chemischen Bindung“, wir gemeldet.

„Die Idee, wie Sivula sie beschreibt, besteht darin, dass solarer Wasserstoff eine stabile Plattform zur Speicherung von Solarenergie für die Kunststoffherstellung und die vielen anderen Wirtschaftssektoren bieten würde, die derzeit für Grundzutaten auf fossile Quellen angewiesen sind, und darüber hinaus solarbasierten Treibstoff für Flugzeuge ermöglichen würde.“ sowie Bodenfahrzeuge“, fügten wir hinzu.

Die Idee schien damals eher mysteriös, aber die grundlegende Technologie war bereits gut in der Hand, in Form von Elektrolysesystemen, die einen elektrischen Strom und einen Katalysator nutzen, um Wasserstoffgas aus Wasser zu pressen.

Das ist, kurz gesagt, grüner Wasserstoff. Und das Problem sind, kurz gesagt, die Kosten.

Sivula erzählte CleanTechnica dass grüner Wasserstoff etwa 10,00 US-Dollar pro Kilogramm kosten würde, teilweise basierend auf der Verwendung herkömmlicher Silizium-Solarzellen zur Stromversorgung.

Senkung der Kosten für grünen Wasserstoff

Die Kosten für Solarenergie sind in den neun Jahren seit 2015 erheblich gesunken, was dazu beigetragen hat, die Kosten für die Elektrolyse zu senken. Interessenvertreter von grünem Wasserstoff können auch die kostengünstige Windkraft und andere erneuerbare Energien nutzen. Auch Verbesserungen in der Elektrolyseur-Technologie und der Scale-up in der Elektrolyseur-Fertigungsindustrie tragen dazu bei.

Dennoch waren die Fortschritte langsam. Das US-Energieministerium geht heute von einem Richtwert von 5,00 US-Dollar pro Kilogramm für grünen Wasserstoff aus, der mit Elektrolysesystemen gewonnen wird, was weit von dem Ziel von 1,00 US-Dollar pro Kilogramm bis 2030 entfernt ist.

Im Gegensatz dazu beziffert die Internationale Energieagentur die Kosten für fossilen Wasserstoff auf 50 Cent bis 1,70 US-Dollar Wasserstoff aus fossilen Quellen, je nach Region. Mit der Hinzufügung von CO2-Abscheidungssystemen steigen die Kosten, aber die IEA beziffert sie mit 1,00 bis 2,00 US-Dollar pro Kilogramm immer noch deutlich unter den Kosten für grünen Wasserstoff.

Schau mal, Ma, keine Membran

Ein Knackpunkt sind die hartnäckig hohen Kosten der Membran, die ein wesentlicher Bestandteil eines Elektrolyseursystems ist.

Oder vielleicht ist die Membran doch nicht so wichtig. Die membranfreie Elektrolyse beginnt, ein Beispiel ist ein neues System, das vom israelischen Startup H2Pro entwickelt wurde. Das Unternehmen stieß auf die CleanTechnica Radar im Jahr 2022, als wir uns über das 100 Millionen US-Dollar teure „XCarb Accelerator Programme“ unter der Schirmherrschaft des führenden Stahlherstellers ArcelorMittal informierten.

„ArcelorMittal weist darauf hin, dass der XCarb Innovation Fund im März 2021 ins Leben gerufen wurde und bereits 180 Millionen US-Dollar in der Pipeline hat, bestehend aus vier Unternehmen, die über den Fonds gesegelt sind CleanTechnica Radar in den letzten Jahren“, schrieben wir. Das membranfreie Elektrolysesystem von H2Pro schaffte es zusammen mit der konzentrierenden Solarstromlösung von Heliogen, dem Langzeitenergiespeichersystem von Form Energy und dem Industrieabgas-Upcyclingsystem von LanzaTech.

ArcelorMittal war nicht der Einzige, der es bemerkte. H2Pro ging 2019 aus dem Technion (dem israelischen Technologieinstitut) hervor. Schon im nächsten Jahr erregte es die Aufmerksamkeit des US-Unternehmens Neue Festungsenergiedie ihre Zero-Wasserstoff-Abteilung damit beauftragte, mit H2Pro an Demonstrationsprojekten zusammenzuarbeiten, mit dem Ziel, die Machbarkeit von 1,00 US-Dollar pro Kilogramm für grünen Wasserstoff zu demonstrieren.

Der lange (oder kurze) Weg zu 1,00 $ pro Kilogramm grünem Wasserstoff

Seitdem ging es rasant voran. Im Jahr 2021 schloss sich H2Pro mit dem israelischen Unternehmen für erneuerbare Energien zusammen Dorale Energie, das sind keine kleinen Kartoffeln. Doral beschreibt sich selbst als „globaler Entwickler erneuerbarer Energien mit 15 GW erneuerbaren Anlagen in der Entwicklung“. Die Vereinbarung mit H2Pro ist Teil von Dorals Plan, eine „große Projektpipeline für grünen Wasserstoff weltweit“ aufzubauen.

Im Jahr 2022 beteiligte sich das Bill-Gates-Unternehmen Breakthrough Energy Ventures mit 22 Millionen US-Dollar an H2Pro membranloses Elektrolysesystem.(Weitere Breakthrough-Berichterstattung finden Sie hier).

Und nun kommen wir zu dem Teil, der den Interessenvertretern im Bereich der fossilen Energieträger wahrscheinlich Kopfschmerzen bereiten wird. Wasserstoff ist das petrochemische Arbeitstier der modernen Industriegesellschaft und wird zur Herstellung von Ammoniakdünger sowie Arzneimitteln und anderen Produkten verwendet. Es wird auch in Systemen wie der Stahlherstellung eingesetzt, was das Interesse von AcelorMitall erklärt.

Derzeit ist Erdgas die Hauptquelle der weltweiten Wasserstoffversorgung, teilweise auch Kohleschnitzel, was bedeutet, dass Erdgas und Kohle für die Ammoniakproduktion unerlässlich sind – aber offenbar nicht mehr lange.

Im vergangenen Frühjahr gaben H2Pro und der weitläufige japanische Fortune-500-Konglomerat Sumitomo Corporation eine Vereinbarung zum Einsatz der membranfreien Elektrolyseure von H2Pro bekannt, hauptsächlich zur Produktion von Wasserstoff für grüne Ammoniakprojekte. Irgendwann wurde Sumitomo auch Investor des Unternehmens.

„Die Vereinbarung zwischen H2Pro und seinem zum Investor gewordenen Partner ist ein entscheidender strategischer Schritt für H2Pro zur Skalierung seiner Technologie“, stellten die Partner in einer gemeinsamen Pressemitteilung vom 8. März 2023 fest.

Die Vereinbarung sieht vor, dass Sumitomo und seine Partner mit H2Pro an Pilot- und Demonstrationsprojekten zusammenarbeiten, einschließlich der Unterstützung bei der Herstellung von Ausrüstung. „Bis zur zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts plant Sumitomo die Gründung Die Elektrolyseur-Technologie von H2Pro„Wir wollen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Sumitomo Corporation Group die Produktion von mehreren hundert Tonnen grünem Wasserstoff pro Tag vorantreiben“, erklärten die Partner.

Huch!

Warten Sie, wie funktioniert es?

Wie genau das funktioniert: Im November letzten Jahres hat die Nachrichtenorganisation C&N H2Pro für einen Platz in gewonnen seine Liste „10 Startups to Watch“ für 2023.

Der Reporter Alex Scott erklärte für C&N, dass herkömmliche Elektrolyseure bei der Umwandlung von Elektrizität in chemische Energie nur einen Wirkungsgrad von etwa 70 % haben, während das E-TAC-System (kurz für Electrochemical Thermally Activated Chemical) von H2Pro einen Umwandlungswirkungsgrad von 95 % erreicht.

Wie von Scott beschrieben, nutzt E-TAC einen zweistufigen Prozess, der die Vermischung von Wasserstoff und Sauerstoff vermeidet, weshalb das System keine Membran benötigt. Das ist der Schlüssel zur Reduzierung der Kosten für den Bau des Systems, die Berichten zufolge 50 % niedriger sind als bei einem herkömmlichen Elektrolyseur. Der zweite Schritt des Prozesses ist zudem energieeffizient und spart Geld, was zu erheblichen Einsparungen bei den Betriebskosten führt.

Die neuesten Informationen zu membranfreiem grünem Wasserstoff finden Sie in der Studie „Elektrochemischer und chemischer Kreislauf für hohe Effizienz“. entkoppelte Wasserspaltung in einem nahezu neutralen Elektrolyten.“ In der Zeitschrift veröffentlicht Naturmaterialien Am 9. Januar wurde die Studie von einem Technion-Team unter der Leitung von Professor Avner Rothschild vom Department of Materials Science and Engineering durchgeführt, der H2Pro gemeinsam mit den anderen Technion-Wissenschaftlern Dr. Hen Dotan und Professor Gideon Grader gründete.

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Bild: A neues membranloses Elektrolyseursystem produziert grünen Wasserstoff aus Wasser (Screenshot, mit freundlicher Genehmigung von H2Pro).