New Energies, new possibilities

Hydrogen-fuel-cell vehicles have a relatively limited lifespan due to the degradation of components like electrodes and membranes. Researchers at Chalmers University of Technology have developed a method to study fuel cell aging by tracking a specific particle in the fuel cell during use.

The research team studied an entire fuel cell by disassembling it at regular intervals. Using advanced electron microscopes, they were able to track how the cathode electrode degrades in specific areas during cycles of use. Previous studies have been conducted on so-called half-cells, which are similar to (but not the same as) half of a fuel cell and are carried out under conditions that differ significantly from those in a real fuel cell.

“It has previously been assumed that the performance would be affected by the fuel cell being disassembled and studied in the way we have done, but it turned out that this assumption is not corrct, which is surprising,” says research leader Björn Wickman, Associate Professor at the Department of Physics at Chalmers.

The researchers at Chalmers have been able to explore how the material in the fuel cell degrades at both the nano and micro levels, pinpointing exactly when and where the degradation occurs. This provides valuable information for developing new and improved fuel cells with a longer lifespan.

“From previously only looking at how the fuel cell has aged after use, we have now been able to look into the middle stage,” says doctoral student Linnéa Strandberg at Chalmers. “Being able to follow a single, chosen particle within a specific area, provided a much better understanding of the degradation processes. Greater knowledge of these is an important step on the way to designing new materials for fuel cells or to adjust the control of the fuel cell.

The U.S. Department of Energy (DOE) has pointed out that improving the lifespan of fuel cells is one of the most important goals to achieve before fuel cell-powered hydrogen vehicles can become commercially successful. According to the industry, a truck needs to be able to withstand 20,000–30,000 hours of driving over its lifetime, which a fuel cell-powered hydrogen truck cannot currently achieve.

“We have now laid a foundation on which to build for the development of better fuel cells. Now we know more about the processes that take place in the fuel cell and at what point over the lifetime of the fuel cell they occur. In the future, the method will be used to develop and study new materials that can give the fuel cell a longer lifespan,” says Björn Wickman.

Source:Hydrogentechworld

But the oil and gas firm's first two electrolyser projects could be more geared towards displacing grey hydrogen at its refineries

Majority state-owned Colombian oil and gas company Ecopetrol anticipates that the European market for green hydrogen will settle at $4.50/kg during the 2030s — a level which it says Colombia's H2 producers can match.

Currently, green hydrogen is extremely expensive to produce in Europe, with some markets such as the Netherlands seeing prices from large-scale projects under construction today estimated at more than €13/kg ($14.36/kg).

However, the EU is putting subsidies on the table to decrease the price for offtakers while also incentivising project developers — both domestically and potential international exporters — to produce as cheap H2 as possible. Costs are also likely to fall as the industry matures.

The price fetched by green hydrogen, including that imported from Colombia, “could be $4.50 per kilogram placed in Europe,” said David Riaño, Ecopetrol’s executive vice-president for the energy transition, during an earnings call last week.

“We believe with the figures analysed that Colombia does have the potential of a competitive renewable energy to reach those price levels and therefore, to be relevant player in that market when it develops,” he added.

Riaño did not specify how Ecopetrol had come to these estimates, but he noted that the oil and gas firm is already developing green hydrogen projects at its refineries in Cartagena and Barrancabermeja.

Ecopetrol announced the completion of feasibility studies for 60MW of electrolyser capacity at each of the refineries back in April 2023, having already installed a 50kW pilot at Cartagena in 2022.

Riaño confirmed that Cartagena’s scaled-up production capacity is scheduled to be on line in 2026, although he hinted that the Barrancabermeja project is still being evaluated ahead of a final investment decision.

It is also unclear how much of this capacity will be geared towards displacing grey H2 used by the two refineries’ to process petroleum, rather than exports.

A Colombian government strategy published in 2021 estimated that the country currently produces 150,000 tonnes a year of grey hydrogen, primarily for use in oil refining, while it targets 1-3GW of electrolyser capacity by 2030 with a focus on partially displacing this fossil hydrogen.

The strategy also projected a levelised cost of green H2 production between $2.2-3.7/kg by 2030, with cheapest production in the north of the country, where the Cartagena refinery is located.

Source: Hydrogeninsight

20世紀の終わりごろに「電子を捨てる(=電気を作る)微生物」が存在することがわかってきました。さらに、21世紀に入ると「電子を食べる微生物」も発見されています！　まだまだ未知のこの「電気微生物」について研究しているのが、JAMSTEC超先鋭研究開発部門の鹿島裕之研究員です。

この電気微生物は、これまで地球生物が生命を支える仕組みとして知られてきた「光合成」「化学合成」という生態系とは異なる、「電気合成生態系」という第3の生態系を形成しているかもしれないといいます。謎だらけのこの「電気微生物」について研究の最前線をうかがってみました。(取材・文:岡田仁志)

 

微生物にも、ヒトにも共通のエネルギー通貨「ATP」

電子伝達系と「ATP」(図版作成:酒井春)

 

──生物が電子を食べたり・捨てたりすると聞くと、とても不思議なことのように感じます。鹿島さんが研究されている「電気微生物」は、ほかの生物とはまったく違う生き方をしているのでしょうか？ もちろん、ほかの生物と違うところはあります。でも、生きるために電気を使うこと、言い換えると「電子が自発的に流れる現象」を使うこと自体は、実は不思議なことではありません。 というのも、多くの生物は、細胞内に持っている「電子回路」を使って「呼吸」をすることで、生命活動に必要なエネルギーを得ています。具体的には、エネルギーの貯蔵や放出を行う「ATP」(アデノシン三リン酸)という物質を作るために電子回路を使うんですね。 正式には「電子伝達系」といいますが、その基本的な仕組みは、微生物から私たちヒトにいたるまで、ほとんど同じです。 ──ATPは「生体のエネルギー通貨」とも呼ばれるものですよね。私たち人間も微生物も、同じようにATPを使っているのですか？ そうです。地球生命誕生以来、原核生物が進化させてきたATPを作って使うというシステムを、私たち人間もそのまま相続して使っているんですよ。ですから、電気微生物の話をする前に、まずは生物が「呼吸」によってATPをつくり出す方法についてお話ししましょう。

生物にとって「呼吸」とはなにか？

多くの生物の「呼吸」のしくみ。ATP製造器でADPから作られたATPは生命活動に使われてADPになり、またATP製造器でADP→ATPに再生されます(図版作成:酒井春)

私たちは、食べ物を食べて摂取した有機物と、息を吸ったり吐いたりして、摂取した酸素を使って、エネルギーを得ています。では、その仕組みはどういうものでしょうか。 まず、有機物の分子を細胞内に取り込んで「酸化」します。つまり、有機物から電子を引き抜くわけですね。その電子を細胞内の電子回路に走らせます。そして電子回路を走り終わった電子を酸素に回収させます。すると電子回路がカラになるので、また次の電子が電子回路を走ります。 この細胞内の電子回路は、電子が走ることで周囲にある水素イオンを移動させる働きをします。電子回路を電子がどんどん流れていくと、まさに「電動ポンプ」のように働いて、周囲から水素イオンを汲み上げます。 この水素イオン汲み上げポンプは細胞内の膜を貫通する形で、膜上に存在していて、この電動ポンプが動くことで、膜の一方から他方に水素イオンを汲み上げ、膜の両サイドに水素イオンの濃度差を作りだします。そのため、膜の内側に水素イオンが少なく、外側に水素イオンがたくさんある状態になります。 このように細胞内電子回路が働くことで作り出された水素イオン濃度差が、次に説明するATP製造器を働かせる原動力となります。 水素イオンの濃度差を使ってATPを作るATP製造器(ATP合成酵素)も細胞内電子回路と同様に膜を貫通する形で存在します。電子回路が働いて水素イオン濃度差が作られると、水素イオンは濃いほうから薄いほうへ、つまり膜の外側から内側へと移動しようとします。 このとき、水素イオンはATP製造器の中を通って膜の外側から内側へと移動していきます。ATP製造器は、水車が水の流れを使って仕事をするように、水素イオンの流れを使ってATPを作ります。これが「呼吸」です。 ATP製造器で作られたATPは、細胞内で生命活動のエネルギーとして使われ、ADPという物質に変わります。それがまたATP製造器のところにやってくると、ATPに再生されます。

電気微生物はどのように生きているのか

「電気微生物」左:電子を捨てる(作る)タイプ。右:電子を食べるタイプ(図版作成:酒井春)

──では、本題の「電気微生物」はどんなやり方をしているのでしょうか。 私たち人間も含めて、ほとんどの生物は細胞内の電子回路を動かすために、電子を持つ物質や電子を回収する物質を外から細胞の中に取り込まなければいけません。ところが、電気微生物は違います。ふつうは細胞内にある電子回路が、細胞外まで延びているんですよ。これはいわば、細胞内の電子回路を延長コードで外部とつないでいるようなものです。電気微生物は大まかに2つのタイプが見つかっています。 その延長コードを使って電子を外から取り入れる「電子を食べる」タイプ、逆に、電子を排出することによって「電子を捨てる」タイプです。後者は「電気を作る」タイプともいっていいでしょう。 また、電子を食べることも、電子を捨てる(電気を作る)こともできる、両方できる微生物がいるという報告もあります。ただ、これまで発見された電気微生物では、電子を食べるか捨てるかどちらか片方の能力のみ確認されているものがほとんどです。

じつは、まだわからないことだらけの電気微生物

電気微生物「ジオバクター」の細胞集団。電極表面にバイオフィルム(細胞集団)を形成し、細胞外の電極に「電子を捨てる」電極呼吸を行っている。細胞集団がピンク色に見えるのは、細胞内外を結ぶ延長コードの役割を担うシトクロムcタンパク質がピンク色であるため(写真……

──そういう電気微生物が存在することは、昔から知られていたのでしょうか？ 古いところでは、1911年にイギリスの王立協会紀要にマイケル・クレッセ・ポッターが、「糖を分解している微生物培養系に電極を入れると起電力が生じた」という論文を発表しています。でも、この研究は当時あまり注目されていなかったようで、これに続く電気と微生物についての目立った研究の足跡は確認できません。 電気微生物の研究が本格化したのは、ずっと後の1980年代から90年代です。地下や地上で鉄やマンガンなどの金属元素の挙動を地球科学的に調べている中で、これらを環境中で酸化還元している未知の反応がありそうだということがわかり、それを微生物が行っているのではないかと考えられるようになったのです。 その仮説に基づいて研究が進められ、不溶性の鉄を還元するジオバクター菌やマンガンを還元するシュワネラ菌などが発見されました。 それらの微生物は、細胞内の電子回路から延ばした延長コードを細胞の外にある不溶性の酸化鉄や酸化マンガンにつないで、そこに電子を捨てることで、呼吸をしています。鉄やマンガンは、電子をもらうことで還元されるわけです。 2000年頃からは、この電気微生物を使った微生物燃料電池を廃水処理などで実用化しようといった応用的な研究も進みました。自然の鉱物の代わりに、人工的な電極に電子を捨てさせることで、発電が可能になるわけです。これが「電気を作る微生物」と言われる理由です。 一方、「電子を食べる微生物」の発見は比較的最近で、マサチューセッツ大学のグループからの2010年の報告が最初だとされています。 この研究では実験室で、二酸化炭素を固定して酢酸をつくる酢酸生成菌に電極を使って電子を与えたら、それを食べて二酸化炭素から酢酸ができました。でも、電子を食べる微生物が自然環境でどのように生きているのかは、まだよくわかっていません。

電子を捨てる微生物と食べる微生物が共生したら!?

微生物の分子移動による共生(左)と電子移動による共生(右)(図版作成:酒井春)

──電子を捨てるタイプの微生物から、電子を食べるタイプの微生物が電子をもらうことができたら、お互いにすごく効率がいいような気がしますが……。 まさに、そういう「電気共生」をする微生物も見つかっていますよ。もともとは、メタンを酸化して電子を得るアーキアと、硫酸を還元して電子を捨てるバクテリアが共生することが、90年代に知られていました。メタンや硫酸があればそれぞれ生きられるはずなのに、実験室で2者の細胞が集合した細胞塊の共生系として培養した両者は、単独ではどちらもうまく生きられないことがわかったのです。 そのため、メタンを酸化するアーキアが、何らかの形で電子を硫酸還元菌に渡しているのだろうと考えられました。しかし当初は、まさか電子そのものを渡しているとは考えられておらず、「水素やギ酸などの分子の形でパートナーに電子を渡しているのではないか」といった仮説が立てられ、世界中で検証作業が行われたんです。 その結果、たしかに分子の形で電子をパートナーに渡している(分子移動)ものもいることがわかりました。でも、それだけではありません。 2016年頃に、そのような共生微生物のペアのなかに、一方の細胞から他方の細胞へと電子そのものを受け渡している(電子移動)ことがわかりました。 まさに電子を「捨てる」微生物と「食べる」微生物が共生しているわけです。

電気微生物はどこに暮らしているのか

細胞の内と外を結ぶ電子回路を使っている(図版作成:酒井春)

──電気微生物が生きる上で有利なのは、どんな環境なのでしょうか？ 一般的に、微生物がすくすくと生きていくには、細胞の中に取りこんで使うことができる「電子供与体や電子受容体」が十分量存在すること、消費して無くなっても再供給されることが必要です。 例えば、海の水の中では、細胞内に取込むことができる有機物や酸素が水に溶けた状態で豊富に存在します。また、微生物が呼吸してその場に無くなってしまっても、水の流れにのってまた供給されます。 こういった環境では呼吸に必要なものに困ることなく生命活動を続けていくことができると考えられます。 一方で、堆積物の中など海底下・地下は固形物に覆われていて、固体の粒と粒の隙間を埋めるように存在している水はあまり移動しないため、微生物の生命活動に必要なモノの移動・供給は限定的です。 電子供与体は、有機物や有機物が分解される過程で生成される還元的な硫黄化合物などとして偏在していますが、海水中や地上から分子拡散または水の流れにのってやってくる酸素などの電子受容体はこのような場所にやって来ず、したがって呼吸ができない、電子受容体が足りない、という環境が膨大に広がっています。 ただし、このような海底下地下には、(水)酸化鉄や酸化マンガンなど細胞の中に取りこむことはできないけれど、電子を回収してくれる固体の物質が豊富に存在しています。 電気微生物たちは、自分たちの周りにたくさんあるけれど細胞内に取りこむことはできない固体物質に細胞内外を結ぶ延長コードを使って電子を捨てることで呼吸ができ、これができない微生物たちと比較して効率的にエネルギーを獲得することができるのです。 電子をたくさん持っている有機物などの「電子供与体」や、「電子受容体」とよばれる電子を回収する酸素のような細胞内に取り込める物質がたくさんある環境なら、電気微生物のような延長コードがなくても呼吸するのに困らないかもしれませんが、海の底の堆積物の中や、何種類もの微生物が集まって増殖したバイオフィルム(微生物細胞の集合体)の内部などでは、そうはいきません。 細菌細胞の長さはおよそ1マイクロメートル(1000分の1ミリメートル)ほどなので、ほんの100マイクロメートル程度のバイオフィルムでも、微生物から見れば100人が積み重なっているようなものです。 電気微生物は、そういう環境でも、延長コードを細胞外の鉱物などにつなぐことで、電子そのものを受け取ったり捨てたりできます。

細胞をリレーして離れた場所との電子移動ができる

ケーブルバクテリアの解説図(上)とケーブルバクテリアの仲間の電子顕微鏡写真(下)(図版作成:酒井春、写真提供:JAMSTEC、鹿島裕之)

たとえば、海底堆積物の中から発見された「ケーブルバクテリア」の図を見てください。 この図の黄色の管のようなものは、細胞が連結してフィラメント状に増殖して生きているケーブルバクテリアと呼ばれている微生物です。それぞれの細胞の長さは数マイクロメートルほどですが、多数の細胞が連結したフィラメントの長さは1センチメートル以上に成長します。この一列に連なった微生物細胞集団が生きている電気ケーブルとして働いて電子を移動させています。 海底堆積物の中には、電子を供給してくれる硫黄化合物はたくさんありますが、電子を回収してくれる酸素がほとんどありません。そのため、増殖した仲間とつながって電子を次々とリレーするように運んで、遠く堆積物表層にある酸素に捨てているんです。 遠くといっても1センチメートル程度ですが、微生物にとっては自分のサイズの1万倍。身長2メートルの人間が20キロメートルも離れた物質にアクセスできるのと同じことですから、この環境では圧倒的に有利ですよね。このケーブルバクテリアのことを「微生物のシュノーケル」と呼ぶ人もいます。

電子を食べる微生物を求めて深海に！

「現場電気集積培養」の実験の様子(写真提供:JAMSTEC)

──先ほど、電子を「食べる」ほうの電気微生物が自然環境でどのように生きているかはまだよくわかっていないというお話がありました。鹿島さんは、それを深海底で探す研究もされています。なぜ、それが深海底にいると考えられるのでしょうか。 近年、JAMSTECが中心となって進めてきた調査で、深海底の熱水噴出孔の周辺には電流が流れていることがわかったからです。 それであれば、その電子を食べる微生物がたくさんいる可能性が高いでしょう。ただ、熱水噴出孔の周辺は多種多様な微生物がものすごくたくさん棲んでいるので、そこから電気を食べる微生物を見つけるのはとても難しいんです。 そこで私たちは、環境中で微生物に電子を少しずつ与え続ける電極を備えた装置を開発しました。この装置を、有人潜水調査船「しんかい6500」や無人探査機(ROV)を使って深海底の熱水噴出孔近くに一定期間、半年とか数年とか、設置して、その環境中にいる微生物の中から電子を食べる能力を持つ微生物たちを電極表面におびき寄せて、そこで電子を食べて増殖してもらおう、ということです。 深海底の現場で電気を使って微生物を集めて培養しようという試みのため、私たちは「現場電気集積培養」と呼んで、熱水噴出孔近く以外の様々な環境でも実験を行っています。

深海底の熱水噴出孔近くにすんでいる電気微生物

深海底の熱水噴出孔近くでの「現場電気集積培養」実験で、電子を供給した電極表面で増殖した微生物集団(写真提供:JAMSTEC)

その実験の結果、環境中で電子を供給した電極には特定の微生物がすみつくことがわかりました。例えば、繊毛といわれるアンカーケーブルのような構造体を作って細胞と電極表面または細胞同士をつなげた状態で細胞が増殖し、微生物集団(バイオフィルム)を形成することがわかりました。 同じ場所に設置した装置でも、電流の強さや電位の違いといった電気化学環境の違いによって優占する微生物集団が変わってくることもわかってきています。 現在、これらの微生物集団のゲノムを再構成してどのような代謝機構を持っているのか調べたり、遺伝子発現を調べて電極上でどんなことをしているのか推定したり、電気化学的な解析をして電極から微生物集団に電子が取り込まれているのかを確認したりしています。

地球第3の生態系「電気合成生態系」が存在する!?

光合成生態系と化学合成生態系(図版作成:酒井春)

もし環境中に電気を食べる微生物の生態系があるとしたら、これは生物学にかなり大きなインパクトを与えると思います。 これまで、地球で暮らすすべての生命は、元をたどれば光エネルギーか化学エネルギーを使って生きていると考えられていました。たとえば私たち人間が食べているものは、もともとは植物が光合成でつくり出した有機物です。 一方、深海のように太陽光の届かない場所で生きている微生物は、地球内部から出てくる硫化水素や鉄、水素などの無機物を酸化することで得られる化学エネルギーによってつくられた有機物を食べている。光合成と化学合成という2つの生態系が、地球生命を支えているわけです。それが、これまでの常識でした。 しかし、電子を食べる微生物はそのどちらでもありません。熱水噴出孔のような環境で、自然に発生する電気エネルギーを使って生きている「電気合成微生物」が活動して有機物を作り出していることを確認できれば、それは光合成生態系、化学合成生態系に続く「地球第3の生態系」を見つけたことになると考えています。 ──生物学の教科書が書き換えられるような大発見ですよね。 それぐらいの重要な問題なので、実験室ではなく、自然の環境中で電気合成微生物を見つけることにはきわめて大きな意味があるわけです。微生物が環境中で電子を食べて、二酸化炭素を固定して有機物をつくっていることが実証できれば、「地球には3種類目の生態系がある」といえるでしょう。 私たちがもともとは光合成でつくられた有機物を食べているように、もともとは電気合成でつくられた有機物を食べる生物がいれば、それは別の生態系と呼べるわけですね。

微生物発電は可能なのか？

(撮影:神谷美寛/講談社)

そういう科学的なおもしろさに加えて、電子を食べる微生物は私たちの社会で役に立つ可能性もあります。たとえば電気合成微生物を生きている電気化学触媒として利用すれば、エネルギー生産や環境浄化に役立てられるかもしれません。 あるいは、私たちが見つけた新しいタイプの延長コードの分子情報が、遺伝子組み換え技術などを含めたバイオテクノロジーにとって新たなリソースになることもあるでしょう。 ──電気を作るほうの微生物も、発電に使えるんですよね？ はい。再生可能エネルギーのひとつとして、田んぼや廃水の中などに棲息している電気微生物を利用して発電する微生物燃料電池の研究開発が国内外で行われています。 私自身、大学院時代は微生物燃料電池を使った廃水処理など工学的な研究をしていました。電子を「食べる」タイプであれ、「捨てる」タイプであれ、さまざまな電気化学プロセスに応用できる可能性を秘めているのが、電気微生物のおもしろいところだと思っています。 取材・文:岡田仁志 撮影:神谷美寛/講談社写真部 取材協力:国立研究開発法人 海洋研究開発機構

電子を食べる・捨てる「電気微生物」がいる！地球には第3の生態系「電気合成生態系」が存在しているのか？（現代ビジネス） - Yahoo!ニュース

[수소뉴스 = 박귀철 기자] 국내에 건설되는 액화수소충전소의 BOG(Boil Off Gas) 손실률 해결이 향후 충전소 확대의 큰 과제로 떠오르고 있다.

관련 업계에 따르면 최근 국내 기업이 발주해 전문업체가 시공한 액화수소충전소 2곳에서 BOG가 다량으로 발생함으로써 충전소 운영이 불가능하다는 것이다. 해당 충전소는 외국 기술로 설계 및 시공된 것으로 발주처를 비롯해 시공사 및 국내 업체들이 해결책을 마련하느라 분주한 것으로 알려졌다.

이처럼 충전소에서 BOG가 많이 증발해버리면 수소충전소의 경제성이 떨어져 사실상 충전소 운영이 힘들다는 것이다.

관련 업계의 한 관계자는 “BOG는 0.5% 이하로 나와야 하는데 30∼40% 정도가 나온다면 결국 100원을 팔아서 30∼40원은 하늘로 날려 버리는 꼴”이라며 “근본적으로 충전소에 들어간 탱크 단열이나 부품, 펌프, 배관 등 검증이 되지 않은 수입제품에서 문제가 발생한 것으로 보인다”고 밝혔다.

업계의 또 다른 관계자는 “해당 시설은 애초부터 시스템 설계가 잘못되었다고 본다”며 “액화수소 펌프 교체 등으로 해결책을 찾으면 쉽게 해결될 것으로 본다”고 말했다.

이 밖에도 BOG 발생을 예상한 수소 관련 업계 일부 종사자들은 환경부가 기체수소충전소를 배제하고 무리하게 액체수소충전소를 강조한 결과로 보인다는 목소리도 나오고 있다.

현재 KGS AC111 임시 실증기준인 액화수소 저장탱크 손실률을 보면 내용적 1,000 리터 이상∼5,700 리터 미만은 일일 3%, 5,700 리터 이상∼17,100 미만은 1.5%, 17,100 리터 이상∼47,300 리터 미만은 1%, 47,300 리터 이상∼75,700 리터 미만은 0.9%, 75,700 리터 이상∼94,700 리터 이하는 0.75%다.

가스안전공사의 한 관계자는 “액화수소 저장탱크 손실률 관련 기준은 액화수소 규제특례사업을 추진하는 사업자에 한하여 제한적으로 적용하고 있는 임시 실증기준으로 제도화된 것은 아니라”고 강조했다.

한편, BOG와 관련해 업계 관계자들은 문제의 충전소에서 BOG를 해결하는 방법으로 BOG를 재액화 또는 압축해 저장탱크에 보관하거나 액화펌프 교체 등을 거론하는 것으로 알려진 가운데 이번 일을 타산지석으로 삼아 액화수소산업을 더욱 발전시켜 나가야 할 것이라고 입을 모으고 있다.

액화수소충전소의 BOG 손실률 줄여라 < 실시간 기사 < 종합 < 뉴스 < 기사본문 - 수소뉴스 (h2news.co.kr)

출처 : 수소뉴스(http://www.h2news.co.kr)

Topsoe’s new SOEC factory: A pioneering effort at hydrogen production comes online

Topsoe's groundbreaking SOEC factory in Denmark is set to revolutionize clean hydrogen production. With innovative technology and ambitious plans, this facility marks a significant step towards decarbonizing heavy industries and supporting global climate goals.
By Hydrogen Council
With the race to decarbonize gaining momentum, hydrogen takes center stage. At Topsoe, a leading provider of technology solutions for the energy transition, attention is increasingly focused on a cutting-edge solid oxide electrolyzer cell (SOEC) factory.

Supported by a €94 million grant from the EU’s Innovation Fund, one of the largest funding programs for innovative low-carbon technologies, Topsoe is set to operationalize its new SOEC manufacturing facility in Herning, Denmark, this year. The factory’s initial capacity will be 500 megawatts (MW) of SOEC units, with the potential to expand further down the road. It’s one of the biggest investments in Topsoe history.

Electrolyzers produce hydrogen by using electricity to split water molecules into hydrogen and oxygen. When powered by renewable electricity, electrolysis enables low-emissions hydrogen which can be used to decarbonize energy-intensive industries like steel, mining, and long-distance transportation, which together account for roughly 30% of global greenhouse-gas emissions.

Indeed, Topsoe expects the clean hydrogen produced by its Herning electrolyzers to reduce more than 40 million metric tons of CO2-equivalent emission over the first 10 years of operation versus conventional hydrogen produced with unabated fossil fuels. That is equivalent to removing more than 950,000 cars from the road each year. Tapping into what Topsoe expects to become a multi-gigawatt (GW) addressable market, the SOEC factory signals future scalability for worldwide electrolyzer production.

Technical innovation, facility breakthroughs

Hydrogen electrolysis can occur through three main technologies: SOEC, proton exchange membrane (PEM), or alkaline electrolysis. SOEC is the most nascent technology of the three, requiring higher temperatures and steam instead of liquid water. While it is historically been less attractive due to its high-cost relative to capacity, it operates at a higher temperature and thus exhibits faster kinetics and higher conductivity. That means it can run at a lower voltage, reducing power consumption relative to hydrogen output – and thereby produce more hydrogen for less electricity.

Indeed, Topsoe’s proprietary next-gen SOEC technology can produce between 20% – 30% more hydrogen per unit of power input than conventional electrolyzer technologies. When coupled with technologies that produce waste heat – such as ammonia, methanol, or steel production – Topsoe’s SOEC electrolyzers can realize the industry’s lowest levelized hydrogen cost at megawatt or gigawatt volumes.

That makes this electrolysis particularly well-suited for high-priced electricity markets and chemical or e-fuel production. Topsoe’s first SOEC customer, First Ammonia, is a perfect example. Starting in 2025, the New York-based company plans to develop modular, commercial-scale plants that produce clean ammonia using Topsoe’s SOEC technology.

To scale up its SOEC technology, Topsoe needed to push similar boundaries in manufacturing. In Denmark, it did just that. Expected to be operational in 2024, Topsoe’s 23,000-square-meter Herning facility will directly employ around 150 people and create numerous indirect job opportunities through its supply chain, construction, maintenance, and more.

As the first project of its kind, the facility presented numerous learning opportunities. Topsoe scaled up manufacturing of electrolyzers a hundredfold, going from 5 megawatts to 500 megawatts of electrolyzer capacity, as it developed infrastructure to support shipping, aviation, steel, and other industries. Broader impact on the energy transition

Topsoe’s clean hydrogen can substitute for fossil fuels across various industries and processes, such as low-emissions electricity generation. It can also form a versatile source for e-fuels through the company’s Power-to-X process, where clean hydrogen forms a feedstock or direct fuel for energy carriers, raw-material production, and more. Applications range from steel and cement production to ammonia, eMethanol or even sustainable aviation fuel.

Regulators have a lot riding on Topsoe’s success. The Herning factory supports the EU Commission’s proposal to deploy 40 GW of electrolyzers across Europe by 2030 and plays into its Net Zero Industry Act, which names electrolyzer technologies as one of eight strategic net-zero technologies that can accelerate climate action and industry competitiveness.

As demand increases, Herning previews the potential for more. Topsoe has formed an alliance with ABB and Fluor, leaders in electrification and automation (ABB) and engineering and construction (Fluor), to design a standardized concept for electrolyzer manufacturing facilities, starting with its recently announced plans to build a new $400 million SOEC facility in the U.S. state of Virginia. Experience from Herning will benefit the Virginia factory, as will a standardized concept and new built-in efficiencies.

Starting with the Danish and U.S facilities, Topsoe plans to explore new partnerships and business models, bring pioneers together and form new, forward-looking coalitions. With addressable markets in Australia, Europe and North America, it’s critical to accelerate electrolyzer production, speed up the pace of project completion, and gain regulatory clarity.

Lessons Learned for What’s to Come

In a bid to align with the EU’s climate goals and meet growing consumer demand, Topsoe’s new SOEC electrolyzer factory signals a major step forward in the journey toward sustainable energy. The production of such high-efficiency electrolyzers sets a global example for the kind of hydrogen production that can move the needle.

For Topsoe, it’s not only about developing the SOEC technology and building these factories. It also involves making the technology part of the wider scope of the Power-to-X value chain. Through this, Topsoe can integrate SOEC and back-end solutions to foster de-risked, competitive offerings – forming a key supply-chain partner for clean hydrogen, clean ammonia, eMethanol, and more. Topsoe is building on extensive experience and technological know-how, having worked for decades with downstream synthesis technologies and related processes.

With 40 years of history in this electrolysis space – from solid-oxide fuel cells to SOEC units – Topsoe has thousands of data points to help deliver superior performance and reliability. With one of its biggest investments yet now under development, the company hopes this is just the beginning. As Topsoe works with policymakers, regulators, and the broader public on like-minded projects, it’s ready to apply these first lessons on what’s to come.