PEM (Proton Exchange Membrane) vandens elektrolizėVandenilio gamybos technologija turi daug privalumų, įskaitant didelį darbinės srovės tankį, prisitaikymą prie atsinaujinančios energijos svyravimų ir kompaktišką struktūrą. Dėl šių savybių jis tinkamas didelio masto industrializacijai. Tačiau norint sėkmingai plėtoti plataus masto, labai svarbu ne tik spręsti pagrindinius techninius iššūkius, bet ir atsižvelgti į ekonominius aspektus.
Mano šalies „Vidutinės ir ilgalaikės vandenilio energetikos pramonės plėtros plane (2021-2035)“ pabrėžiamas poreikis didinti vandenilio gamybos konversijos iš atsinaujinančių energijos šaltinių efektyvumą ir padidinti vandenilio gamybą vienam vienetui. Be to, esminiai su vandenilio energijos infrastruktūra susijusių pagrindinių technologijų pasiekimai yra labai svarbūs.
Mokslo ir technologijų ministerijos „14-asis penkerių metų planas“ Nacionaliniame pagrindiniame „Vandenilio energijos technologijų“ tyrimų ir plėtros plane (2022 m.) įtrauktos kelios temos, susijusios su PEM vandens elektrolizės vandenilio gamyba. Šios temos apima megavatų masto protonų mainų membranos elektrolizatoriaus technologiją, aukšto slėgio vandenilio elektrolizatorių vandens elektrolizei ir pagrindinių sistemų technologijų, skirtų vandenilio gamybai, naudojant protonų mainų membranos vandens elektrolizę, tyrimus ir plėtrą.
Elektrolizatorius, pagrindinis PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos sistemos komponentas, daro didelę įtaką bendram veikimui. Dabartinės produktų kūrimo pastangos daugiausia orientuotos į vandenilio gamybos mastą ir kainą.
Šiuo metu tik keli vietiniai gamintojai turi pajėgumų gaminti PEM elektrolizės įrangą, o dar mažiau gali sukurti didelio masto PEM vandenilio gamybos sistemas. Todėl keli didelio masto PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos projektai teikia pirmenybę užsienio kompanijų įrangai.
Pažymėtina, kad kai kurios šalies įmonės ir tyrimų institutai pasiekė PEM vandenilio gamybos sistemų sukūrimą, kurių vandenilio gamybos mastas yra 200 Nm3/h.
Tačiau vietinė PEM elektrolizės vandens vandenilio gamybos pramonė tebėra ankstyvoje komercializavimo stadijoje. Palyginti su vyraujančiu šarminio vandens vandenilio gamybos metodu, pagrindinis iššūkis, su kuriuo susiduria PEM vandenilio gamyba, yra jo kaina.
Vienas pramonės lyderis sakė: "Visa tiekimo grandinė turi dirbti kartu, kad ateityje sumažintų išlaidas. Kad būtų konkurencingas, PEM elektrolizės vandens vandenilio gamybos sąnaudos turi būti sumažintos iki 1.{1}} karto didesnės nei šarminio vandens vandenilio gamybos sąnaudos. gamyba iš žalio vandenilio“.
Šiuo metu vandens elektrolizės vandenilio gamybos grandinės lokalizacija yra nepakankama. Pagrindiniai komponentai, tokie kaip bipolinės plokštės, katalizatoriai, protonų mainų membranos ir dujų difuzijos sluoksniai, kelia iššūkių dėl išlaidų apribojimų. Nors daugelyje vietinių žaliojo vandenilio projektų taikoma PEM elektrolizės vandenilio gamybos technologija, šiuo keliu įgyvendinamų projektų skaičius išlieka ribotas.
Visoje PEM vandens elektrolizės vandenilio gamybos grandinėje protonų mainų membrana yra didžiausia kliūtis.
Pramonės atstovo teigimu, skirtingai nei kuro elementai, vandenilio gamybai vandens elektrolizės pagrindu naudojamos protonų membranos yra 115 ir 117 vienalyčių membranų, kurių storis yra 150-200 mikronų. Šis storis yra santykinai didesnis (8-10 mikronai), palyginti su kuro elementų protonų membranomis, todėl dengimo metu padidėja brinkimo greitis ir galima deformuotis. Todėl elektrolitinio vandens membranos dengimo įrangai reikalinga specializuota konstrukcija, o kuro elementų membranos elektrodai negali būti tiesiogiai naudojami šiam tikslui.
Titano pluošto veltinisišTopTiTech
