このニュージーランドの技術は気候変動を改善するのに役立つだろうか

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グリーン水素は、再生可能エネルギーやバイオマスを使用して持続的に生成できるため、ニュージーランドの石油とガスからの「公正な移行」の焦点となっています。 写真/123rf

これは、発電、エンジンの駆動、肥料の製造において気候に優しい方法として宣伝されてきましたが、現在、新しく立ち上げられたキウイのスピンアウト企業がそのグリーン水素技術を世界に広めようとしています。

クリーン エネルギー源は、再生可能エネルギーやバイオマスを使用して持続的に生成できるため、ニュージーランドの石油とガスからの「公正な移行」の焦点となっています。

水素は世界中で生産されていますが、そのほぼすべてが「褐色」水素、つまり石炭と天然ガスから作られた水素であり、毎年数億トンの CO₂ 排出源となっています。

しかし、グリーン水素は、再生可能エネルギー源からの電気分解を使用して製造でき、二酸化炭素排出量はわずかです。

しかし、その約束には問題が伴います。それは、サプライチェーンの問題、コストの上昇、手頃な価格と入手の妨げとなる原料鉱物の不足です。

これらは、ニュージーランド初の水素ディープテックスタートアップ企業、そしてクラウン所有のGNS Science初のスピンアウト企業が取り組むことを目指した課題だ。

GNS商業・ビジネスパートナーシップマネージャーのシーナ・トーマス氏は、国際エネルギー機関（IEA）によると、グリーン水素需要は2030年までにほぼ2倍の180メガトン（Mt）になると予測されていると述べた。

「現在、化石燃料から作られた水素が毎年約1億トン使用されており、対処すべき緊急の課題となっている。」

インキュベーターWNT Venturesの支援を受け、Bspklと名付けられたこの新会社の中核には、需要を満たすのに十分な電解槽の生産を可能にする現地開発技術があった。

「これにより、電化が極めて難しい航空、海運、鉄鋼などの主要産業を脱炭素化する大きな可能性が開かれます。」

それで、新しい技術はどのように機能したのでしょうか?

Bspkl の最高技術責任者であるジェローム・ルベネール博士は、世界の水素のほぼすべてがメタン分解と呼ばれるプロセスを通じて生成されており、それ自体が世界の炭素排出量の約 2% の原因であると説明しました。

「水素は私たちの日常生活を支える上で非常に重要な役割を果たしていますが、それをクリーンで持続可能なものにする方法を見つける必要があります」とGNSイオンビーム材料科学者のルベネール氏は述べた。

電気分解を利用すれば、電気を使って水から水素を製造できます。また、太陽、風力、地熱などのエネルギー源に接続すると、そのプロセスは完全に再生可能になります。

電解槽自体は、多くの層の部品が積み重なった玉ねぎのようなものと考えることができます。

陽子交換膜 (PEM) 電気分解と呼ばれる十分に確立されたアプローチの 1 つは、膜、アノード、およびカソードを利用しました。

「アノードでは、水分子が正に帯電した水素イオンに分解され、酸素原子がO₂分子（私たちが呼吸する酸素）に再結合します」とルブナー氏は語った。

「水素イオンは膜を通過し、陰極で電子と結合して水素ガスを形成します。」

PEM 電解装置は、持続可能な水素を製造する最も効率的な方法として広く認められていましたが、希少かつ有限な元素への依存は、技術を拡張する上で依然として大きな欠点でした。

このハードルを克服するために、Bspkl は、Leveneur が発明した革新的な技術を提供しました。これは、触媒被覆膜 (CCM) と呼ばれる、PEM 電解槽に不可欠なコンポーネントの改良型です。

「膜の両面は、通常白金やイリジウムなどの触媒粒子の薄層でコーティングされています」と同氏は説明した。

「触媒粒子は均一に分散してプロトン交換膜の表面に結合する必要があり、これにより効率的かつ迅速な電気化学反応が可能になります。

「触媒がなければ、電解槽は水素を生成するためにより多くの電力を必要とするでしょう。」

また、電解槽用のCCMを製造するには、白金やイリジウムなどの触媒材料が大量に必要になると同氏は述べた。

「プラチナは高価ですが、PEM 電解槽の問題はイリジウムにあります」と彼は言いました。

「イリジウムは他の金属を精製する際の副産物として生成されるため、容易には入手できません。」

GNS の最初のスピンアウト会社である Bspkl が本日発足します。 これは、グリーン水素 💚🎉 を有意義に活用した、ゼロカーボンの未来に向けたエキサイティングな一歩であり、GNS のグリーン水素プログラムが生み出す影響の素晴らしい例です。 詳細はこちら: https://t.co/sMNHCIeJXH

世界的には、年間わずか 7 トンしか生産されないと推定されています。

「現在の水素使用に代わる十分なクリーンな水素を生産するだけでなく、輸送や工業用熱などの新たな水素利用に備えるためには、年間約26ギガワットのPEM電解槽を製造できる必要がある」とルヴナー氏は述べた。言った。

「これを大局的に見てみると、1900 年代初頭に電解槽が初めて発明されて以来、世界中で製造されたのはわずか約 8 ギガワットです。」

26ギガワットの目標を達成するには、おそらく毎年約30～40トンのイリジウムが必要となるだろう。

「CCM を生産する現在のアプローチでは、その量は持続可能ではありません。」

Bspkl の製造技術は、性能効率を維持しながら、既知の中で最も低いイリジウム配合量の CCM を偶然にも生産しました。

「Bspklが達成するイリジウムとプラチナの『負荷』の削減は、イオン注入によるものです」と彼は述べた。

「一言で言えば、これは触媒が膜材料上に『斑点』があることを意味します。そのため、Bspkl という名前は、『斑点』と発音されます。」

2020 年以前は、天然ガスを使用して水素を製造する方がはるかに安価だったため、電気分解を使用した水素の製造は商業的に実行可能とは見なされませんでした。

しかし、欧州グリーンディールの発表、米国のインフレ抑制法、ロシア・ウクライナ戦争により、持続可能な燃料源としてクリーンな水素の必要性が「爆発」した。

「クリーンな水素の急速な増加が電解槽メーカーに与える影響は重大です。」

かつては本質的に家内工業であったものが、現在では電解槽を製造するための「ギガファクトリー」が世界中に建設されつつある。

「これは、3年前には存在しなかった自動化と大規模な製造規模に対する強いニーズがあることを意味します」とルブナー氏は述べた。

「強いニーズ、大きな市場機会、政府の支援を組み合わせると、イノベーションが推進されます。」

Bspkl 独自の製造アプローチは、大規模な CCM を生産できるように設計されていました。

「Bspklのようなイノベーションは、新しいクリーンエネルギーの未来を創造するために重要です」とトーマス氏は語った。

「ジェロームを含むGNS Scienceの材料科学チームは、グリーン水素の生産、貯蔵、輸送をより安く、より効率的にするための複数年にわたるプログラムに取り組んできており、今後も継続していきます。」

同社の立ち上げは、ハルシオン・パワーが2021年末にタウポ近郊にニュージーランド初のグリーン水素工場を開設したことに続くもので、最終的な目標は輸送、敷地保管、燃料補給インフラを含むサプライチェーンの完成である。

2019 年の地平線を見据えた H2 タラナキ ロードマップでは、水を分解するために電気を使用して水素がますます生成され、排出されるのは酸素だけになるとすでに予測されていました。

報告書は、水素が、特に大型車両の燃料として、尿素やメタノールなどの製品の原料として、あるいは数週間から数年にわたる長期間の電気エネルギーの貯蔵に利用できる可能性があることを明らかにした。

新しいネットワークには、枯渇したガス田での水素または合成天然ガスの貯蔵や、タラナキのガス焚きピーカープラントでのグリーン水素を使用した発電が含まれる可能性があるという。

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