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東邦チタニウムは14日、自社開発した新素材の多孔質チタン薄板の量産化に乗り出すと発表した。水を電気分解するタイプの水素製造装置の新たな電極部材向けに需要が高まると判断。約20億円を投じ、茅ヶ崎工場(神奈川県茅ヶ崎市)構内に量産ラインを新設する。  2026年1月の本稼働を目指す。  新素材のブランド名は「WEBTi(ウェブチタン)」。純チタンの粉や繊維を原料に焼結工程などを経て造る。通気性や通液性といった多孔質材の利点に加え、チタン特有の耐食性や電導性を兼ね備えるのが特長だ。  同社ではこうした複合的な材料特性が、水素製造に用いる固体高分子型(PEM型)の水電解装置の「多孔質輸送層」と呼ばれる部材用途に適すると見て、これまでサンプル出荷を通じ国内外の市場動向を探ってきた。欧州企業を中心に需要の本格化を見込み、量産を決めた。  同社は新規事業の創出に力を入れている。今回の取り組みもこの一環。チタン事業を補完する新たな収益源に育てたい考えだ。

 

東邦チタニウムが「チタン多孔質薄板」量産化。20億円投じ工場新設(鉄鋼新聞) - Yahoo!ニュース

 

東邦チタニウムが「チタン多孔質薄板」量産化。20億円投じ工場新設(鉄鋼新聞) - Yahoo!ニュー

 東邦チタニウムは14日、自社開発した新素材の多孔質チタン薄板の量産化に乗り出すと発表した。水を電気分解するタイプの水素製造装置の新たな電極部材向けに需要が高まると判断。約20

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수소뉴스 = 한상원 기자]올해부터 본격적으로 청정수소 인증제가 시범사업에 돌입했다. 수소경제를 이루기 위한 사업이지만 환경단체들은 청정수소 인증제가 탄소중립 사회로 전환하겠다는 취지와 달리 블루수소를 포함함으로써 온실가스 배출을 늘려 기후위기를 가속한다고 주장하고 있다. 어떤 문제점이 있으며, 해결방안은 무엇인지 살펴본다.

그린수소 활용할 생산설비·기술 부족
먼저, 환경단체들은 재생에너지로 생산되는 그린수소만이 청정수소로 인정되어야 한다고 말하고 있으며, 청정수소 중 블루수소가 3~4등급으로 포함된 것에 대한 문제점을 제기했다. 

정부에서 발표한 청정수소 인증 등급을 살펴보면, 수소 1kg당 탄소배출량이 온실가스 배출량 4kgCO2e 이하이다. 단계적인 온실가스 감축 유도를 위해 1등급에서 4등급까지로 구분한다. 1등급은 배출량 0~0.1, 2등급은 0.1~1, 3등급은 1~2, 4등급은 2~4(kgCO2e/kgH2)이다.

그렇다면 블루수소를 청정수소로 인정하는 이유가 무엇일까. 블루수소는 액화천연가스(LNG) 등 화석연료를 이용해 수소를 생산하고, 생산과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 분리해 저장하고 활용하는 친환경 수소이다. 즉, 탄소중립 사회로 전환하기 위해서는 이산화탄소를 줄이는 것이 최대 목표인데, CCUS 기술을 활용해 블루수소를 생산한다. CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage)는 이산화탄소 포집·저장·활용 기술을 말한다.

결국, 그린수소 생산이 가능한 용량의 재생에너지 설비 자체도 거의 없는 현시점에서는 블루수소를 통해 안정적으로 공급하는 것이 그린수소에 비해 경제성이 뛰어나다. 또, 그린수소를 활용할 여건이 마련되기 전에 블루수소의 가격경쟁력을 갖춰야 재생에너지를 통해 생산하는 그린수소의 비싼 가격을 낮출 수 있을 것이다. 

업계 관계자는 “우리나라는 재생에너지 확대와 24시간 내내 전기를 생산할 수 있는 저탄소 에너지가 필요한데, 현시점 가장 현실성 있는 것이 탄소를 포집해 저장하는 블루수소다”라며, “국내 기업들도 발맞춰 블루수소 생산에 초점을 맞추고 있으며, 그린수소 시대를 가기 위한 브릿지 역할이라고 생각하면 될 것 같다”고 강조했다. 

블루수소 관련 투자와 연구 적극적
블루수소를 청정수소로 인정하는 것에 대한 문제점보다는 블루수소를 어떤 식으로 활용할지와 제도적으로 기업에게 도움을 주는 것도 중요하다. 또, 블루수소를 국내에서 생산해 활용할 것인지, 해외에서 수입해 사용할 것인지, 연소 위주로의 사용만이 아닌 국내 연료전지에도 적극 활용하는 점이 포인트라고 할 수 있다. 

제도적 지원 부분은 해외에서 선제적으로 실행하고 있는 부분을 도입하는 것이 투자하고 있는 국내 기업에게 큰 도움이 될 전망이다. 특히, 미국과 유럽 등은 탄소중립산업법, 인플레이션감축법 등을 제정해 세액공제, 보조금 지급 등을 시행하면서 블루수소를 활성화하고 있다.

대표적으로 국내 기업 중 블루수소 생산에 앞장서고 있는 SK E&S는 한국중부발전과 함께 약 5조원을 투자해 보령LNG터미널 인근 지역에서 블루수소 생산기지를 구축한다. 세계 최대 규모인 연간 25만톤의 블루수소를 생산하며, 생산한 블루수소는 전국 수소충전소에 판매되고 수소연료전지 발전사업의 연료로도 공급될 예정이다. SK E&S 관계자는 “블루수소 생산기지 구축을 통해 연간 총 18조 5,000억 원의 투자로 약 144조 원의 경제적 파급효과가 발생하고 28만 개의 일자리가 창출될 것으로 예상된다”고 말했다.

한편, 지난 3월 한국에너지기술연구원은 기존 수소생산 공정에서 이산화탄소 포집을 위해 활용하던 흡착제의 낮은 흡착량과 배출가스 중 이산화탄소만 포집하는 집중도를 개선해 전체 공정의 효율을 올렸다. 개발된 흡착제를 공정에 활용하면 상용 흡착제 대비 이산화탄소를 4.6배 이상 높은 집중도로 정밀 포집할 수 있고, 동시에 상용 흡착제와 유사한 수준의 흡착량을 유지할 수 있다.

이렇듯 청정수소로 인정받고 있는 블루수소에 대한 연구와 기술개발은 계속되고 있으며, 청정수소 인증제에 포함된 수소는 앞으로 수소경제를 이끌어갈 중요한 요소인 만큼 기업들의 적극적인 투자와 정부의 제도 마련 등 산학연 협력이 필요하다.
[초점]블루수소의 청정수소 인증제 포함, 이유와 방향성은? < 실시간 기사 < 종합 < 뉴스 < 기사본문 - 수소뉴스 (h2news.co.kr)
출처 : 수소뉴스(http://www.h2news.co.kr)

 

[초점]블루수소의 청정수소 인증제 포함, 이유와 방향성은? - 수소뉴스

[수소뉴스 = 한상원 기자]올해부터 본격적으로 청정수소 인증제가 시범사업에 돌입했다. 수소경제를 이루기 위한 사업이지만 환경단체들은 청정수소 인증제가 탄소중립 사회로 전환하겠다는

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'Natural hydrogen will be the next shale, and we'll make it for $1/kg': explorers | Hydrogen Insight

 

'Natural hydrogen will be the next shale, and we'll make it for $1/kg': explorers | Hydrogen Insight

'Natural hydrogen will be the next shale, and we'll make it for $1/kg': explorers Start-ups are bullish that history will repeat itself and bring cautious energy incumbents into geologic H2 Gold Hydrogen managing director Neil McDonald in front of the dril

www.hydrogeninsight.com

 

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PFAS chemicals are toxic. They persistently contaminate water and soil and accumulate in humans and animals through food and consumer products. The European Chemicals Agency (ECHA) therefore published a proposal in February 2023 that would ban the production, use and distribution (including the import) of PFAS in the European economic area. The semiconductor industry views the threat of a PFAS ban as a critical issue because the chemicals are used as membranes and housings in filters, as well as in processes such as etching and cleaning. According to numerous manufacturers, there is no viable alternative to the long-lasting per- and polyfluoroalkyl chemicals, and banning them would make production of most semiconductor products impossible. However, researchers at Fraunhofer IAP in Potsdam have now successfully developed a PFAS-free membrane for a supplier to the semiconductor industry. This membrane is based on conventional, specifically stabilized polymers, which could replace PFAS membranes. The polymer polyacrylonitrile (PAN) membrane offers high chemical and mechanical stability. It also has an extremely small pore diameter of around seven nanometers. This is necessary to separate particulate impurities from production and to filter and recycle the fluids required for the process, such as acids and solvents. The membrane can be customized to meet specific needs, which makes it easy to integrate the new process into existing systems to manufacture the next generation of chips.


Impurities and contaminants must be avoided
“Chip manufacturing involves numerous process steps such as cutting, cleaning and planarization to apply the structures to the wafer. All of these operations produce particulate contaminants that must be separated out in each process, otherwise they would interfere with the creation of nanometer-sized structures,” says Dr. Murat Tutus, engineer at Fraunhofer IAP and head of the “Membranes and functional films” department. Murat Tutus and his team have succeeded in creating a chemically and mechanically highly stable membrane made of conventional polymer, which can filter out particles with a pore size of just seven nanometers. For comparison: In medical engineering, filters with a pore size of 220 nanometers are used for sterile filtration. “We were able to use another component patented by us to chemically modify the polymer and stabilize it also for harsh environments,” says the researcher.

The researchers were also tasked with achieving a pore size distribution that deviated only negligibly from seven nanometers. In addition, the membrane should be highly permeable. “The degree of permeability is defined by the number of pores on the surface. The smaller the pores, the lower the permeability. To increase permeability, we therefore had to increase the number of pores in a second step while keeping the pore size constant,” explains Tutus.

Membrane production with REACH-compliant solvents
Since the membrane’s pore size and permeability can be customized to specific needs, it will be easy to adapt it to diverse applications in other industries. As an added benefit, membrane customization means that existing systems can continue to be used and no staff training is required. Dr. Tutus and his team see a great deal of potential for their developments in the pharmaceutical and chemical industries, which also use aggressive solvents. The membrane production itself uses REACH-compliant solvents (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals) and low temperatures throughout, making it an overall sustainable process. The membrane is fabricated using a NIPS (non-solvent induced phase separation) process, which also allows researchers to customize the morphology, or pressure stability, of the membrane.
Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP  (iap.fraunhofer.de)
Research News June 2024 - PFAS-free polymer membranes for semiconductor processing [ PDF  0.35 MB ]

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水を再生可能エネルギーの電力で電気分解して得られる水素はグリーン水素と呼ばれる。その電気分解に利用する、PEM(Proton Exchange Membrane、またはPolymer Electrolyte Membrane)形水電解装置は、市場規模ではアルカリ水電解(Alkaline Water Electrolysis、AWE)装置に次ぐ第2の装置となっている。

 PEMは、AWEに比べて装置がコンパクトでセルスタックのエネルギー利用効率が高い。また、AWEで用いるような高濃度の水酸化カリウム(KOH)水溶液を使わないのでシステムが腐食しにくく、メンテナンスが比較的容易といった優れた点が多い。このため、以前は近い将来、水電解装置市場でPEMが支配的になるという見方があった。  ところが、実際にはPEMは市場で伸び悩んでいる。ノルウェーの調査会社であるRystad Energyの市場予測では、2027年以降、PEMの市場シェアはほぼ横ばいになり、2030年時点でAWEが55%であるのに対し、PEMは30%にとどまる(図1)。
[水を再生可能エネルギーの電力で電気分解して得られる水素はグリーン水素と呼ばれる。その電気分解に利用する、PEM(Proton Exchange Membrane、またはPolymer Electrolyte Membrane)形水電解装置は、市場規模ではアルカリ水電解(Alkaline Water Electrolysis、AWE)装置に次ぐ第2の装置となっている。

 PEMは、AWEに比べて装置がコンパクトでセルスタックのエネルギー利用効率が高い。また、AWEで用いるような高濃度の水酸化カリウム(KOH)水溶液を使わないのでシステムが腐食しにくく、メンテナンスが比較的容易といった優れた点が多い。このため、以前は近い将来、水電解装置市場でPEMが支配的になるという見方があった。  ところが、実際にはPEMは市場で伸び悩んでいる。ノルウェーの調査会社であるRystad Energyの市場予測では、2027年以降、PEMの市場シェアはほぼ横ばいになり、2030年時点でAWEが55%であるのに対し、PEMは30%にとどまる(図1)。

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図1 PEM形水電解装置は2020年代後半に伸び悩み
Rystad Energyの水電解装置の市場予測。アルカリ水電解(AWE)が優勢な状況は当分続くとする(出所:日経クロステックが講演のスライドを撮影)
 理由の1つは、AWEとの価格差が開いてきたことだ。AWEは、メーカー各社の年産GW(ギガワット)級の量産体制が整ってきたことなどで製造コストの低減が進み、受注も増えている一方で、PEMは高止まり状態である注1)。

注1)例えば、AWEとPEMの両方を手掛けるノルウェーNel(ネル)は2024年第1四半期の決算で、AWE事業については初の黒字を達成した。一方で、PEM事業は赤字が続いている。
1グラムで2万5000円  価格の高止まりは、PEMが、高価な白金族の貴金属(Platinum Group Metals、PGM)を触媒に使うことと関係している。

 水電解装置の電極では、水の電気分解反応を促進するための触媒が欠かせない。具体的には、水素を発生させるカソード(水素極)で白金(Pt)を使うことが多い。最近のPtの価格は1グラム5000~6000円である。  これだけでもコストアップ要因だが、PEMでは、酸素を発生するアノード(酸素極)の触媒としてPGMの中でも希少で高価なイリジウム(Ir)を利用する。Irの価格は、1グラム2万5000円前後で、Ptの4~5倍と非常に高い。 このままならPEMは使えない

 しかも、今後はさらに価格が高騰しそうだ。産出量を見るとPtが年間約200トンであるのに対し、Irは同約8トンしかないからである。PEM形水電解装置でのIrの単位面積当たりの使用量は、これまで1mg~2mg/cm2、または単位出力当たり0.4~0.5g/kW(400k~500kg/GW)だった。

 上述のRystad Energyの予測では、2020年代後半に年間30GW前後のPEM形水電解装置が出荷されるとする。この場合、Irは同12~15トン必要になり年間の産出量を大きく超えてしまう。Irの産出量が増えればよいが、この数年は増加どころかわずかに減少傾向だ。このままではIrの絶対量が不足するのである。  現実的には、実際に足りなくなる前にIrの価格が暴騰し、PEM形水電解装置を競争力のある価格では製造・販売できなくなるだろう(図2)。ただでさえ、グリーン水素は天然ガスもしくは天然ガス由来の水素(グレー水素)に比べて高いとされる中で、水電解装置のコストが上がるようでは、選択肢から外れてしまう。

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図2 イリジウム(Ir)の高騰でPEM形セルスタックの製造コストも大幅増に
(出所:米Mottの講演スライドを日経クロステックが撮影)
 Irの使用量を大幅に減らすか、もしくはIrの産出量が大幅に増えることが、PEMが生き残る必須条件になる。 Ir低減競争が加速

 当然ながら、PEM形電解装置やその部材のメーカーは、この事態に手をこまぬいてはいない。もともとPEMの燃料電池版技術であるPEFC(固体高分子形燃料電池)の触媒に用いていたPGMの使用量を減らす研究では、この30年あまりで約1/20~1/15に使用量を減らした注2)。PEM形水電解においても、IrやPtの使用量は低減に向かっている。

注2)英Johnson Mattheyによれば、PEFCで、白金族の貴金属の使用量は1991年時点では3g/kWだったが、2005年には1.1g/kW、最近では0.14~0.2g/kWに低減したとする。
 開発の最前線ではIrの使用量を約0.1mg/cm2と、現状の約1/10にする見通しも立ち始めている。Rystad Energyなどの市場予測はそれらのIrの低減技術をある程度織り込んでいると考えられる。

 Ir使用量の低減で比較的取り組みが早かったのが、ドイツHeraeus Group(ヘレウスグループ)だ。同社は2020年9月、PEMのアノードに用いるIrの使用量をこれまでの業界標準値に比べて50~90%低減する触媒材料群を開発したと発表した(図3)注3)。単位電力当たりでは0.3g/kW(300kg/GW)以下になったとする。 注3)Heraeusは2020年当時の業界標準のIr使用量の値を1~2g/kWとしていた。これは、現在の2~4倍の量である。
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図3 Irの使用量を0.3トン/GW(0.3g/kW)以下に
Heraeusの出展ブースの様子とIr関連の触媒。新しいIr低減触媒としてルテニウム(Ru)を加えたものもアピールした。同社はアンモニア(NH3)を分解して水素に戻す触媒なども出展した(出所:日経クロステック)
 Heraeusはこの材料群について詳細を明らかにしていないが、少なくとも1つの組成は、IrO2(OH)x/TiO2であるようだ。また、別の材料では、Irの使用量を減らす一方で、ルテニウム(Ru)を加えることで触媒としての性能を保っている。  同社は2050年までには同社の現時点の技術のさらに1/10、すなわち0.03g/kW(30kg/GW)以下を達成するとしている。画像のクリックで拡大表示]
図1 PEM形水電解装置は2020年代後半に伸び悩み
Rystad Energyの水電解装置の市場予測。アルカリ水電解(AWE)が優勢な状況は当分続くとする(出所:日経クロステックが講演のスライドを撮影)
 理由の1つは、AWEとの価格差が開いてきたことだ。AWEは、メーカー各社の年産GW(ギガワット)級の量産体制が整ってきたことなどで製造コストの低減が進み、受注も増えている一方で、PEMは高止まり状態である注1)。

注1)例えば、AWEとPEMの両方を手掛けるノルウェーNel(ネル)は2024年第1四半期の決算で、AWE事業については初の黒字を達成した。一方で、PEM事業は赤字が続いている。
1グラムで2万5000円

 価格の高止まりは、PEMが、高価な白金族の貴金属(Platinum Group Metals、PGM)を触媒に使うことと関係している。

 水電解装置の電極では、水の電気分解反応を促進するための触媒が欠かせない。具体的には、水素を発生させるカソード(水素極)で白金(Pt)を使うことが多い。最近のPtの価格は1グラム5000~6000円である。  これだけでもコストアップ要因だが、PEMでは、酸素を発生するアノード(酸素極)の触媒としてPGMの中でも希少で高価なイリジウム(Ir)を利用する。Irの価格は、1グラム2万5000円前後で、Ptの4~5倍と非常に高い。 このままならPEMは使えない

 しかも、今後はさらに価格が高騰しそうだ。産出量を見るとPtが年間約200トンであるのに対し、Irは同約8トンしかないからである。PEM形水電解装置でのIrの単位面積当たりの使用量は、これまで1mg~2mg/cm2、または単位出力当たり0.4~0.5g/kW(400k~500kg/GW)だった。

 上述のRystad Energyの予測では、2020年代後半に年間30GW前後のPEM形水電解装置が出荷されるとする。この場合、Irは同12~15トン必要になり年間の産出量を大きく超えてしまう。Irの産出量が増えればよいが、この数年は増加どころかわずかに減少傾向だ。このままではIrの絶対量が不足するのである。  現実的には、実際に足りなくなる前にIrの価格が暴騰し、PEM形水電解装置を競争力のある価格では製造・販売できなくなるだろう(図2)。ただでさえ、グリーン水素は天然ガスもしくは天然ガス由来の水素(グレー水素)に比べて高いとされる中で、水電解装置のコストが上がるようでは、選択肢から外れてしまう。 [画像のクリックで拡大表示]
図2 イリジウム(Ir)の高騰でPEM形セルスタックの製造コストも大幅増に
(出所:米Mottの講演スライドを日経クロステックが撮影)
 Irの使用量を大幅に減らすか、もしくはIrの産出量が大幅に増えることが、PEMが生き残る必須条件になる。

Ir低減競争が加速

 当然ながら、PEM形電解装置やその部材のメーカーは、この事態に手をこまぬいてはいない。もともとPEMの燃料電池版技術であるPEFC(固体高分子形燃料電池)の触媒に用いていたPGMの使用量を減らす研究では、この30年あまりで約1/20~1/15に使用量を減らした注2)。PEM形水電解においても、IrやPtの使用量は低減に向かっている。 注2)英Johnson Mattheyによれば、PEFCで、白金族の貴金属の使用量は1991年時点では3g/kWだったが、2005年には1.1g/kW、最近では0.14~0.2g/kWに低減したとする。
 開発の最前線ではIrの使用量を約0.1mg/cm2と、現状の約1/10にする見通しも立ち始めている。Rystad Energyなどの市場予測はそれらのIrの低減技術をある程度織り込んでいると考えられる。  Ir使用量の低減で比較的取り組みが早かったのが、ドイツHeraeus Group(ヘレウスグループ)だ。同社は2020年9月、PEMのアノードに用いるIrの使用量をこれまでの業界標準値に比べて50~90%低減する触媒材料群を開発したと発表した(図3)注3)。単位電力当たりでは0.3g/kW(300kg/GW)以下になったとする。 注3)Heraeusは2020年当時の業界標準のIr使用量の値を1~2g/kWとしていた。これは、現在の2~4倍の量である。
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図3 Irの使用量を0.3トン/GW(0.3g/kW)以下に
Heraeusの出展ブースの様子とIr関連の触媒。新しいIr低減触媒としてルテニウム(Ru)を加えたものもアピールした。同社はアンモニア(NH3)を分解して水素に戻す触媒なども出展した(出所:日経クロステック)
 Heraeusはこの材料群について詳細を明らかにしていないが、少なくとも1つの組成は、IrO2(OH)x/TiO2であるようだ。また、別の材料では、Irの使用量を減らす一方で、ルテニウム(Ru)を加えることで触媒としての性能を保っている。  同社は2050年までには同社の現時点の技術のさらに1/10、すなわち0.03g/kW(30kg/GW)以下を達成するとしている。

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