بازیابی ۹۲ درصد از پلاتین موجود در پشته‌های سلول سوختی هیدروژن با امواج صوتی
شرکتJohnson Matthey، که سابقه طولانی در آفریقای جنوبی دارد، فناوری جدیدی را معرفی کرده است که با استفاده از امواج صوتی قادر است تا ۹۲ درصد پلاتین را از مجموعه‌های سلول سوختی هیدروژنی بازیابی کند. این شرکت که در سال ۱۸۱۷ تأسیس شده، اوایل سال جاری در یک گزارش رسمی اعلام کرد که نیاز رو به رشد به فلزات گروه پلاتین (PGMs) نمی‌تواند تنها از طریق استخراج سنتی زیرسطحی تأمین شود.
اکنون این شرکت با سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه، فناوری جدیدی را ارائه داده است که در آخرین شماره Hydrogen Fuel News به عنوان «acoustic cavitation» توصیف شده است؛ این فرآیند اساساً به معنای تشکیل حباب‌هایی توسط امواج صوتی است که به آرامی اما مؤثر ساختار غشایی را از هم می‌پاشد.
این فناوری پتانسیل بازیابی مقدار بیشتری از مواد گروه پلاتین را دارد، استخراج را به شکلی بسیار پاک‌تر تقویت می‌کند و همچنین ممکن است برای بازیافت الکترولایزرهای آب، که بخش مهمی از پازل هیدروژن سبز هستند، کاربرد داشته باشد.
ماده‌ای که توسط این فناوری از هم جدا می‌شود، مجموعه الکترود غشایی (MEA) است که بخش مرکزی سلول‌های سوختی هیدروژنی سبز مبتنی بر پلاتین با غشای تبادل پروتون (PEM) محسوب می‌شود. این سلول‌ها انرژی پاک و بدون انتشار گازهای آلاینده را به صورت متحرک و ایستا فراهم می‌کنند و از نظر جامعیت و اثربخشی، از بهترین فناوری‌ها به شمار می‌روند.
یک مجموعه سلول سوختی شامل تعداد زیادی سلول منفرد است که به صورت متوالی روی هم قرار گرفته‌اند، به گونه‌ای که کاتد مبتنی بر پلاتین یک سلول به آند سلول مجاور متصل است و جریان الکتریکی یکسانی از هر سلول عبور می‌کند.
شورای جهانی سرمایه‌گذاری پلاتین (World Platinum Investment Council) این هفته به این فناوری جدید اشاره کرده است که انتظار می‌رود سهم قابل توجهی در اقتصاد چرخشی داشته باشد و بازیافت را به منبع بزرگتری برای تأمین فلزات گروه پلاتین تبدیل کند، فلزاتی که برخی از آنها بسیار کمیاب‌تر از دیگران هستند.
این نوآوری که دانشگاه Leicester انگلستان نقش برجسته‌ای در آن دارد، به عنوان «گامی بزرگ در جهت بستن چرخه بازیابی پلاتین و نزدیک‌تر کردن ما به آینده‌ای که فناوری‌های پاک هوشمندتر، سبزتر و پایدارتر باشند» توصیف شده است.
در Henderson Road در Germiston South نام Johnson Matthey Pty دیده می شود، شرکتی که بخشی از «آرزو برای تبدیل شدن به رهبر جهانی در راه‌حل‌های فناوری پایدار، تحول در انرژی و کاهش انتشار کربن برای آینده‌ای پاک‌تر و روشن‌تر» است. این هدف از طریق همکاری با مشتریان، شرکا، مؤسسات تحقیقاتی دانشگاهی و اکوسیستم‌های نوآوری دنبال می‌شود.
یکی از نکات قابل توجه این است که در این فرآیند، استفاده از مواد fluoroalkyl و polyfluoroalkyl موسوم به PFAS که گاهی «مواد شیمیایی دائمی» نامیده می‌شوند، به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
در سال ۲۰۲۳ گزارش شد که Johnson Matthey قرارداد سرمایه‌گذاری با منطقه Jiading در شانگهای چین امضا کرده است تا اقتصاد هیدروژنی این کشور را با ساخت یک کارخانه جدید تولید غشای پوشش داده شده با کاتالیست تسریع کند. این کارخانه قابلیت تولید برای چندین کاربرد سلول سوختی PEM و الکترولایزرهای PEM را فراهم می‌کند، که آب را به هیدروژن و اکسیژن تبدیل می‌کنند.
غشاهای پوشش داده شده با کاتالیست معمولاً شامل کاتدهای پلاتینی و آندهای ایریدیومی هستند که به گونه‌ای روی غشاهای جامد اعمال می‌شوند که گفته می‌شود تولید هیدروژن را به حداکثر می‌رسانند.
آب وارد غشای پوشش داده شده با کاتالیست می‌شود، جایی که کاتالیست ایریدیوم با استفاده از انرژی الکتریکی مولکول‌های آب را به اکسیژن، پروتون و الکترون تجزیه می‌کند. الکترون‌ها از طریق مدار خارجی حرکت می‌کنند و پروتون‌ها از غشا عبور می‌کنند. سپس کاتالیست پلاتین پروتون‌ها و الکترون‌ها را دوباره به هم متصل می‌کند تا هیدروژن تولید شود.
این غشا یکی از اجزای کلیدی تعیین‌کننده عملکرد در خودروهای الکتریکی سلول سوختی (FCEV) است. چین اعلام کرده است که هدف دارد تا سال ۲۰۳۰، یک میلیون خودرو FCEV در جاده‌های خود داشته باشد.
تبدیل هیدروژن خاکستری به هیدروژن سبز
شرکت فرانسوی Lhyfe این هفته توجه زیادی را به گام‌هایی که برای تبدیل هیدروژن خاکستری (grey hydrogen) که هم‌اکنون در حال استفاده است به هیدروژن سبز انجام می‌شود، جلب کرد و به استفاده خود از فناوری PEM اشاره نمود.
Lhyfe گزارش داد که اروپا در حال حاضر سالانه هفت میلیون تن هیدروژن خاکستری مصرف می‌کند و همچنین به حجم بالای هیدروژن خاکستری تولید شده توسط شرکت تولید سوخت‌ها و مواد شیمیایی سنتتیک آفریقای جنوبی، Sasol، اشاره کرد.
Matthieu Guesné، بنیان‌گذار و مدیرعاملLhyfe،گفت: هیچ کاری آسان‌تر از جایگزینی هیدروژن خاکستری با هیدروژن سبز برای کاهش کربن یک مشتری، کارخانه یا فعال صنعتی وجود ندارد، بنابراین ما در حال انجام همین کار هستیم. ما در حال ساخت کارخانه‌های جدید برای پاسخگویی به بازار جدید هستیم.
او افزود: کاهش کربن در صنعت موجود به اندازه کاهش کربن در حوزه حمل و نقل اهمیت دارد، زیرا ۲۳ درصد از انتشار CO2 مرتبط با مصرف انرژی در صنعت است، بنابراین باید درک کرد که بازار هیدروژن سبز هم‌اکنون وجود دارد.
تحلیل و جمع‌بندی
1. بازیابی پلاتین با فناوری صوتی (Acoustic Cavitation)
فناوری جدید Johnson Matthey که با استفاده از Acoustic Cavitation توانسته ۹۲ درصد پلاتین را از سلول‌های سوختی هیدروژنی بازیابی کند، یک پیشرفت تکنولوژیک مهم در زمینه اقتصاد چرخشی فلزات گروه پلاتین است. این میزان بازیابی بسیار بالاست و می‌تواند به کاهش فشار استخراج معادن زیرسطحی کمک کند، که از نظر زیست‌محیطی و اقتصادی اهمیت بالایی دارد.
2.کاهش استفاده از PFAS
کاهش چشمگیر مواد PFAS که به عنوان «مواد شیمیایی همیشگی» شناخته می‌شوند، یک نکته کلیدی زیست‌محیطی است که می‌تواند ریسک‌های زیست‌محیطی و قانونی مرتبط با این مواد را کاهش دهد و به بهبود پذیرش فناوری‌های جدید کمک کند.
3.گسترش بازار هیدروژن سبز و تولید غشاهای کاتالیستی
سرمایه‌گذاری Johnson Matthey در چین و هدف‌گذاری چین برای داشتن یک میلیون خودرو FCEV تا ۲۰۳۰، نشان‌دهنده رشد سریع بازار هیدروژن سبز است. این موضوع تقاضای پلاتین و ایریدیوم را به عنوان کاتالیست‌های کلیدی افزایش می‌دهد و اهمیت بازیافت این فلزات را بیشتر می‌کند.
4. تبدیل هیدروژن خاکستری به سبز
حرکت شرکت‌هایی مانند Lhyfe به سمت جایگزینی هیدروژن خاکستری با هیدروژن سبز، به ویژه در اروپا و آفریقای جنوبی، نشان‌دهنده روند جهانی کاهش انتشار کربن در صنایع است. با توجه به اینکه ۲۳ درصد از انتشار CO2 ناشی از مصرف انرژی صنعتی است، این تغییرات می‌توانند تأثیر قابل توجهی بر بازار انرژی و فلزات مرتبط داشته باشند.
5. اقتصاد چرخشی و پایداری
فناوری‌های جدید بازیافت پلاتین و توسعه تولید هیدروژن سبز، به‌ویژه با همکاری‌های بین‌المللی و دانشگاهی، نشان‌دهنده حرکت به سمت اقتصاد چرخشی و پایداری بیشتر در بازار کامودیتی‌ها است.
جمع‌بندی
این گزارش نشان می‌دهد که فناوری‌های نوین بازیافت فلزات گروه پلاتین، به ویژه پلاتین، در کنار توسعه سریع بازار هیدروژن سبز، می‌تواند تحولات عمیقی در بازار کامودیتی‌ها ایجاد کند. بازیابی بالای پلاتین با روش کویتاسیون صوتی، کاهش استفاده از مواد زیان‌آور مانندPFAS، و توسعه فناوری‌های تولید غشاهای کاتالیستی در چین، همگی نشانه‌هایی از یک بازار در حال تحول و رشد پایدار هستند.
از سوی دیگر، تلاش‌های شرکت‌هایی مانند Lhyfe برای تبدیل هیدروژن خاکستری به سبز، به ویژه در صنایع با انتشار بالای CO2، نشان می‌دهد که تقاضا برای فلزات گروه پلاتین در کاربردهای انرژی پاک و فناوری‌های سبز در آینده نزدیک افزایش خواهد یافت.
نکات کلیدی
- بازیابی ۹۲ درصدی پلاتین از سلول‌های سوختی هیدروژنی با فناوری Acoustic Cavitation ، یک تحول بزرگ در اقتصاد چرخشی فلزات گروه پلاتین است.
- کاهش استفاده از PFAS در فرآیندهای بازیافت، ریسک‌های زیست‌محیطی و قانونی را کاهش می‌دهد.
- سرمایه‌گذاری‌های کلان در چین برای تولید غشاهای کاتالیستی، نشان‌دهنده رشد بازار هیدروژن سبز و افزایش تقاضا برای فلزات پلاتین و ایریدیوم است.
- تبدیل هیدروژن خاکستری به سبز در اروپا و آفریقای جنوبی، روند جهانی کاهش انتشار کربن در صنایع را تسریع می‌کند.
- اقتصاد چرخشی و پایداری به عنوان محور اصلی توسعه فناوری‌های جدید در حوزه انرژی پاک و فلزات استراتژیک مطرح است.
در نهایت، این گزارش نشان می‌دهد که بازار فلزات گروه پلاتین و هیدروژن سبز در آستانه تحولات بنیادین است که می‌تواند فرصت‌های سرمایه‌گذاری و توسعه فناوری‌های پایدار را به طور همزمان فراهم آورد.
پی نوشت
Grey Hydrogen
هیدروژن خاکستری رایج‌ترین نوع هیدروژن تولیدی است که از گاز طبیعی یا متان از طریق فرآیند اصلاح با بخار (Steam Methane Reforming - SMR) به دست می‌آید. این روش باعث انتشار مقادیر قابل توجهی دی‌اکسید کربن (CO2) می‌شود، زیرا گازهای گلخانه‌ای تولیدشده در این فرآیند به‌طور مستقیم وارد جو می‌شوند و هیچ فناوری جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) برای کاهش انتشار آن به کار نمی‌رود.
ویژگی‌های هیدروژن خاکستری
- منبع تولید: گاز طبیعی یا زغال‌سنگ
- فرآیند: اصلاح با بخار (SMR) یا گازی‌سازی زغال‌سنگ
- انتشار کربن: بالا، بدون جذب و ذخیره‌سازی
- کاربردها: صنایع شیمیایی، پالایشگاه‌ها، تولید آمونیاک
هیدروژن خاکستری ارزان‌ترین روش تولید هیدروژن است، اما به دلیل انتشار بالایCO2، از نظر زیست‌محیطی پایدار نیست. به همین دلیل، بسیاری از کشورها به سمت هیدروژن آبی و هیدروژن سبز حرکت می‌کنند تا انتشار کربن را کاهش دهند.