Din punct de vedere istoric, producția în masă de hidrogen verde nu a fost privită ca o soluție alternativă viabilă de energie pentru criza noastră climatică. Dar progresele tehnologice recente ale electrolizoarelor cu membrană schimbătoare de protoni (PEM) oferă noi căi pentru viabilitatea pe termen lung și prezintă o oportunitate intrigantă pentru producători. Experții au considerat de multă vreme electrolizoarele drept o tehnologie centrală pentru atingerea obiectivelor noastre de „vârf de carbon și neutralitate”, dar investițiile substanțiale au rămas în urmă din cauza costurilor ridicate de producție. Ceea ce demonstrează aceste progrese recente, totuși, este că viabilitatea pe termen lung a electrolizoarelor este mai aproape decât cred mulți. Așa cum sunt în prezent, electrolizoarele durează mai mult, funcționează mai eficient și costă mai puțin decât în orice moment din istoria tehnologiei. Deși electrolizoarele nu au devenit un dispozitiv cheie în stocarea hidrogenului verde pe scară largă până în anii 1990, apariția lor pe piața energiei alternative a condus la multe noi investiții în cercetare și dezvoltare (R&D). Mai mult, cu o reducere de 90% a costurilor de capital neinstalate în ultimii 20 de ani, susținătorii pot susține acum în mod convingător că electrolizoarele sunt cheia unui viitor energetic durabil.
Progrese în tehnologia electrolizatoarelor
Au existat câteva progrese importante în tehnologia electrolizatoarelor. Îmbunătățirile includ membrane mai subțiri, metale mai puțin prețioase și optimizarea designului. Implementarea membranelor mai subtiri. De ce sunt atât de importante membranele mai subțiri? Pentru început, experții au speculat că membranele mai subțiri permit electrolizoarelor să producă cu 150% mai mult hidrogen sau să funcționeze cu un consum de energie cu 10% mai mic decât modelele tradiționale. Acest lucru se datorează faptului că membranele mai subțiri reduc distanța totală pe care protonii trebuie să o parcurgă prin stratul de transport poros (PTL). În consecință, membranele mai subțiri sunt responsabile pentru un transport ionic mai rapid și o creștere a producției generale. Cel mai eficient design de electrolizor, totuși, combină membrane mai subțiri cu implementarea de foi de titan perforate în locul materialelor convenționale din pâslă. Investiția producătorului în PTL a condus la crearea de PTL-uri de titan (Figura 1, foi de titan) subțiri de 0,010″ care permit rate de oxidare mai mici, amprente mai mici și o rezistență mai bună la îndoire și fisurare. Cu această combinație, PTL-urile pot oferi o conducție termică/electrică și un suport mecanic mai bun, împreună cu căi atât pentru livrarea apei lichide reactante către stratul de catalizator, cât și pentru îndepărtarea eficientă a gazului de la locurile de reacție la ieșire.
1. Straturile de transport poroase (PTL) de la Mott sunt preferate în aplicațiile de electroliză datorită unui design ultra-neted care are ca rezultat o utilizare îmbunătățită a catalizatorului și o durată de viață extinsă a stivei. Cu amabilitatea: Mott Corp. Acoperiri și catalizatori cu metale prețioase reduse. Având în vedere importanța critică pe care o joacă PTL-urile în eficiența electrolizatorului, limitarea deteriorării PTL este esențială pentru producători. Atât pasivarea titanului, cât și coroziunea sunt limitate de acoperiri cu metale prețioase care protejează electrolizorul. Cu toate acestea, aceste acoperiri sunt adesea tratate cu metale din grupa platinei, iar acest lucru generează costuri semnificative. Ca rezultat, orice încercare de a asigura viabilitatea economică a electrolizorului necesită o strategie diferită de acoperire – iar această cerință a contribuit la dezvoltarea plăcilor de titan. Această soluție a dus la un impact enorm asupra producției. Un studiu recent a constatat că straturi subțiri de iridiu pot fi pulverizate pe PTL-uri de titan, eliminând astfel nevoia de acoperiri metalice din grupul de platină. Un beneficiu cheie al acestei abordări este conductivitatea electrică îmbunătățită la un preț mai ieftin. În cele din urmă, cu acoperiri cu iridiu redus, electrolizatoarele PEM au devenit semnificativ mai rentabile. Optimizarea designului celulelor. Celulele sunt esențiale pentru procesele eficiente de electrolizor, deoarece contribuie direct la volumul total de stocare a hidrogenului gazos al unui electrolizor; cu cât producătorii de celule pot stivui mai multe unul peste altul, cu atât este mai mare producția. Prin urmare, optimizarea designului celulei înseamnă eficientizarea proceselor celulare în sine, precum și îmbunătățirea interacțiunilor celulare din stiva. Echipele de cercetare au lucrat pentru a optimiza compoziția celulelor, ceea ce a condus la modele noi și inovatoare. Pe de o parte, s-a dovedit că structurile de electrozi cu caneluri oferă performanțe cu până la 50% mai mari decât modelele de electrozi existente, îmbunătățând în același timp durabilitatea globală a celulei. Pe de altă parte, cercetările au arătat că transportul celular poate fi îmbunătățit cu noi electrolizoare alcaline de divizare a apei. De fapt, există un caz de făcut că cele mai mari îmbunătățiri rămase de făcut cu producția de electrolizor constă în optimizarea ulterioară a designului celulei.
Mai mult hidrogen verde în curând
În concluzie, viitorul producției în masă a hidrogenului este mai aproape decât recunosc mulți oameni. Estimată în prezent la 185 de miliarde de dolari, piața de hidrogen verde va crește cu peste 600% în următorii 25 de ani. Această creștere anticipată reflectă rolul pe care hidrogenul verde îl va juca în viitorul nostru energetic, precum și reducerile anticipate ale costurilor cu electrolizorul (un punct de vânzare esențial pentru producători). Cu toate acestea, această creștere nu ar fi posibilă fără eficiența îmbunătățită și duratele de viață extinse care au fost obținute cu progresele recente ale electrolizorului. Electrolizoarele pot avea cel mai ascuns potențial dintre orice tehnologie de energie verde – singura întrebare este ce producători sunt dispuși să valorifice. —Mott Corporation a contribuit la acest articol.
