Green hydrogen economy powered by the blue seas

Green hydrogen economy powered by the blue seas

Global demand for hydrogen is set to grow exponentially over the next decade with the fuel poised to become a major player by 2030. In 2015, the global demand for hydrogen was estimated to be about 8 exajoules (EJ). The current market for hydrogen as feedstock has an approximate value of about USD 115 billion and is expected to grow rapidly to an estimated value of 155 billion by 2022. This market growth would entail a large increase in production volumes, and, with current production methods, would result in a substantial increase in GHG emissions. 95% of hydrogen being used today is sourced from fossil fuels through steam-methane reforming (SMR) and oil and coal gasification – production pathways that are extremely emissions-intensive.

In a world grappling with the effects of climate change due to anthropogenic activities, this is simply not feasible. Hydrogen produced via electrolysis presents a potential solution to this issue as electrolysers can be powered by renewable energy sources like wind and solar, making hydrogen a clean fuel and an avenue through which variable renewable energy can be stored and distributed globally.

Green hydrogen from electrolysis could be the solution, but it comes at a significant cost

From the looks of it, hydrogen from renewable energy via electrolysis seems to be the natural solution to a lot of the major environmental issues related to current hydrogen production pathways, and although only 4% of current hydrogen production is through electrolysis, this share is expected to increase significantly over the next few years. But, the process of electrolysis requires the use of large amounts of freshwater to produce hydrogen. With acute water shortages being faced by both developed and developing nations all over the world, if hydrogen has to power our cars and cities, electrolysis with freshwater is simply not feasible on a large scale. But what if hydrogen was produced by electrolysis through seawater instead of freshwater? This would decouple hydrogen production from a critical resource like freshwater, and, in theory at least, would make this fuel truly sustainable. Saltwater electrolysis however, causes very quick erosion of the electrodes of electrolysers due to the production of sodium, chlorine, calcium and other components, and results in such a process being unfeasible. Well, at least, this was the case, until now.

Recent developments have demonstrated that saltwater electrolysis is feasible

Research and development by various institutions in this area has yielded promising results and concepts which have the potential to make saltwater electrolysis a commercial reality in the not-so-distant-future. In one study, scientists have developed a new oxygen reaction evolution catalyst using transition metal-nitride that manages to avoid many of the obstacles that have prevented earlier attempts at effective saltwater electrolysis. This method also allows hydrogen to be produced from wastewater – opening up another source of hydrogen from water that is otherwise discharged as waste and is unusable without costly treatment methods. This pathway for producing hydrogen is capable of achieving electrical densities capable of supporting industrial requirements while requiring relatively low voltage to start the process of electrolysis.

In another breakthrough development, nickel-iron hydroxide was layered on top of existing nickel sulphide in order to repel chloride and slow down the decay of the underlying anode material. This has resulted in the life of the electrode being extended to more than a thousand hours, from 12 hours for standard saltwater electrolysis. The method also generates 10 times more electricity, resulting in hydrogen being produced at a much faster rate, at current levels the same as what is used in the industry today.

Hydrogen is poised to fulfil it’s true potential but it needs help via investments and supportive policies

From the above examples it is pretty evident that the potential for commercially viable solutions to many challenges faced by saltwater electrolysis exist and has been proven through various scientific demonstrations in recent years. Furthermore, once the extracted hydrogen gas is used as fuel, the hydrogen and oxygen will react together to from a very useful by-product: pure water. Now imagine a situation where hydrogen is produced from renewable energy via electrolysis of seawater and when this hydrogen is used as fuel, a precious commodity like pure water is formed as a by-product. In a future where rapid economic and population expansion will place an increased amount of stress on finite natural resources, hydrogen could have the potential to solve 2 significant problems through one, highly sustainable process. The onus now falls on public and private entities worldwide to commercialise these production pathways and enable hydrogen to fulfil its potential as a game-changer in the global fight against climate change.

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Economía del hidrógeno verde impulsada por los mares azules

Economía del hidrógeno verde impulsada por los mares azules

La demanda mundial de hidrógeno crecerá exponencialmente en la próxima década con el combustible listo para convertirse en un jugador importante en 2030. En 2015, se estimaba que la demanda global de hidrógeno era de aproximadamente 8 exajulios (EJ). El mercado actual de hidrógeno como materia prima tiene un valor aproximado de aproximadamente USD 115 mil millones y se espera que crezca rápidamente a un valor estimado de 155 mil millones para 2022. Este crecimiento del mercado implicaría un gran aumento en los volúmenes de producción y, con los métodos de producción actuales. , daría lugar a un aumento sustancial de las emisiones de GEI. El 95% del hidrógeno que se usa actualmente proviene de combustibles fósiles a través de la reforma del vapor de metano (SMR) y la gasificación del petróleo y el carbón, vías de producción que son extremadamente intensivas en emisiones.

En un mundo que lidia con los efectos del cambio climático debido a actividades antropogénicas, esto simplemente no es factible. El hidrógeno producido a través de la electrólisis presenta una solución potencial para este problema, ya que los electrolizadores pueden ser alimentados por fuentes de energía renovables como la eólica y la solar, lo que hace que el hidrógeno sea un combustible limpio y una vía a través de la cual la energía renovable variable puede almacenarse y distribuirse a nivel mundial.

El hidrógeno verde de la electrólisis podría ser el solución, pero tiene un costo significativo

Por lo que parece, el hidrógeno de las energías renovables a través de la electrólisis parece ser la solución natural a muchos de los principales problemas ambientales relacionados con las vías actuales de producción de hidrógeno, y aunque solo el 4% de la producción actual de hidrógeno es a través de la electrólisis, se espera que esta parte para aumentar significativamente en los próximos años. Pero, el proceso de electrólisis requiere el uso de grandes cantidades de agua dulce para producir hidrógeno. Con la escasez aguda de agua que enfrentan las naciones desarrolladas y en desarrollo en todo el mundo, si el hidrógeno tiene que alimentar nuestros automóviles y ciudades, la electrólisis con agua dulce simplemente no es factible a gran escala. Pero, ¿qué pasa si el hidrógeno se produce por electrólisis a través del agua de mar en lugar de agua dulce? Esto desacoplaría la producción de hidrógeno de un recurso crítico como el agua dulce y, al menos en teoría, haría que este combustible sea realmente sostenible. Sin embargo, la electrólisis del agua salada provoca una erosión muy rápida de los electrodos de los electrolizadores debido a la producción de sodio, cloro, calcio y otros componentes, y hace que dicho proceso sea inviable. Bueno, al menos, este era el caso, hasta ahora.

Desarrollos recientes han demostrado que la electrólisis de agua salada es factible

La investigación y el desarrollo de varias instituciones en esta área han arrojado resultados y conceptos prometedores que tienen el potencial de hacer de la electrólisis de agua salada una realidad comercial en un futuro no muy lejano. En un estudio, los científicos han desarrollado un nuevo catalizador de evolución de reacción de oxígeno utilizando nitruro de metal de transición que logra evitar muchos de los obstáculos que han impedido los intentos anteriores de una electrólisis efectiva de agua salada. Este método también permite que se produzca hidrógeno a partir de aguas residuales, lo que abre otra fuente de hidrógeno del agua que de otro modo se descarga como desecho y que no se puede utilizar sin métodos de tratamiento costosos. Esta vía para producir hidrógeno es capaz de alcanzar densidades eléctricas capaces de cumplir con los requisitos industriales al tiempo que requiere un voltaje relativamente bajo para iniciar el proceso de electrólisis.

En otro desarrollo innovador, se colocó una capa de hidróxido de níquel-hierro sobre el sulfuro de níquel existente para repeler el cloruro y frenar la descomposición del material anódico subyacente. Esto ha dado como resultado que la vida útil del electrodo se extienda a más de mil horas, desde 12 horas para la electrólisis estándar de agua salada. El método también genera 10 veces más electricidad, lo que resulta en la producción de hidrógeno a un ritmo mucho más rápido, en los niveles actuales, lo mismo que se usa en la industria hoy en día.

El hidrógeno está preparado para alcanzar su verdadero potencial. pero necesita ayuda a través de inversiones y políticas de apoyo

De los ejemplos anteriores es bastante evidente que el potencial de soluciones comercialmente viables para muchos Los desafíos que enfrenta la electrólisis de agua salada existen y han sido probados a través de Diversas demostraciones científicas en los últimos años. Además, una vez que el el gas de hidrógeno extraído se usa como combustible, el hidrógeno y el oxígeno reaccionarán junto a un subproducto muy útil: agua pura. Ahora imagina una situación donde se produce hidrógeno a partir de energía renovable a través de la electrólisis del agua de mar y cuando este hidrógeno se usa como combustible, un bien precioso como el agua pura es formado como un subproducto. En un futuro donde la rápida economía y población la expansión colocará una mayor cantidad de estrés en los recursos naturales finitos, el hidrógeno podría tener el potencial de resolver 2 problemas significativos a través de uno, proceso altamente sostenible La responsabilidad recae ahora en las entidades públicas y privadas. en todo el mundo para comercializar estas vías de producción y permitir que el hidrógeno cumplir su potencial como un cambio de juego en la lucha global contra el clima cambio.

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