Η PEMWE και η MEM Tech ενισχύουν την αποτελεσματικότητα του πράσινου υδρογόνου

Το πράσινο υδρογόνο, ακρογωνιαίος λίθος της παγκόσμιας ενεργειακής μετάβασης, κερδίζει πρωτοφανή προσοχή καθώς τα έθνη προσπαθούν να απαλλαγούν από τις εκπομπές των βιομηχανιών. Στην καρδιά αυτής της επανάστασης βρίσκεται η ηλεκτρόλυση νερού με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEMWE) , μια τεχνολογία που εκτιμάται για την υψηλή πυκνότητα ρεύματος και τις δυνατότητες ταχείας απόκρισης. Αλλά πώς ακριβώς αυτό το σύστημα παράγει υδρογόνο χωρίς εκπομπές και τι κάνει τη διάταξη ηλεκτροδίων μεμβράνης (MEA) τόσο κρίσιμη;

Το PEMWE λειτουργεί μέσω μιας κομψής ηλεκτροχημικής διαδικασίας. Όταν εφαρμόζεται συνεχές ρεύμα, τα μόρια νερού διασπώνται στην άνοδο σε οξυγόνο, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια μεταναστεύουν μέσω μιας εξειδικευμένης πολυμερικής μεμβράνης στην κάθοδο, όπου ανασυνδυάζονται με ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν αέριο υδρογόνου. Αυτή η μέθοδος επιτυγχάνει εξαιρετικά επίπεδα καθαρότητας (99,999% υδρογόνο) χωρίς υποπροϊόντα αερίων θερμοκηπίου.

Η MEA χρησιμεύει ως ο λειτουργικός πυρήνας των ηλεκτρολυτών PEM, που περιλαμβάνει τρία στρώματα ακριβείας:

1. Στρώμα καταλύτη ανόδου: Σχεδιασμένο με οξείδια ιριδίου ή ρουθηνίου για τη βελτιστοποίηση της αντίδρασης εξέλιξης οξυγόνου (OER), αυτό το εξάρτημα πρέπει να αντέχει σε εξαιρετικά διαβρωτικά όξινα περιβάλλοντα.
2. Μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων: Τυπικά κατασκευασμένη από πολυμερή υπερφθορο-σουλφονικού οξέος, αυτό το λεπτό αλλά ανθεκτικό φράγμα διευκολύνει τη μεταφορά πρωτονίων, ενώ αποτρέπει τη διασταύρωση αερίου.
3. Στρώμα καταλύτη καθόδου: Τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου εδώ επιτρέπουν την αποτελεσματική αντίδραση εξέλιξης υδρογόνου (HER), με προηγμένα σχέδια που ενσωματώνουν πλέον νανοδομημένα υλικά για τη μείωση της φόρτωσης πολύτιμων μετάλλων.

Οι πρόσφατες εξελίξεις επικεντρώνονται στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας και της απόδοσης της MEA. Οι ερευνητές αναπτύσσουν:

• Καταλύτες μη πολύτιμων μετάλλων για τη μείωση του κόστους υλικών
• Ενισχυμένες μεμβράνες με κεραμικά πρόσθετα για εκτεταμένη διάρκεια ζωής
• 3D-printed porous transport layers για τη βελτίωση της απομάκρυνσης φυσαλίδων αερίου

Αυτές οι καινοτομίες στοχεύουν συλλογικά στη μείωση του κόστους παραγωγής πράσινου υδρογόνου κάτω από τα 2$/kg - ένα όριο που θεωρείται ζωτικής σημασίας για την ευρεία βιομηχανική υιοθέτηση. Καθώς τα συστήματα PEMWE κλιμακώνονται από μεγαβάτ σε γιγαβάτ, ο ρόλος τους στην ενεργοποίηση της αποθήκευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της απαλλαγής από τις εκπομπές του τομέα που είναι δύσκολο να μειωθούν γίνεται όλο και πιο καθοριστικός.