एक ऐसी ऊर्जा भविष्य की कल्पना कीजिए जहां जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता से मुक्त हो, जहां स्वच्छ नवीकरणीय ऊर्जा लगातार उद्योगों, परिवहन और दैनिक जीवन को बिजली देने के लिए "ग्रीन" हाइड्रोजन का उत्पादन करती है।प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) इलेक्ट्रोलाइज़रों के माध्यम से यह दृष्टि तेजी से वास्तविकता बन रही है, जो हाइड्रोजन उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी है।.
जैसे-जैसे पर्यावरण संरक्षण और सतत विकास पर वैश्विक ध्यान केंद्रित होता जा रहा है, स्वच्छ ऊर्जा भविष्य के ऊर्जा संक्रमण के लिए केंद्रीय बन गई है।अपने उच्च ऊर्जा घनत्व और शून्य उत्सर्जन गुणों के साथ, एक आशाजनक स्वच्छ ऊर्जा वाहक के रूप में उभरता है। पानी इलेक्ट्रोलिसिस के साथ अक्षय ऊर्जा का युग्मन सबसे पर्यावरण के अनुकूल उत्पादन विधि का प्रतिनिधित्व करता है,जो कि "हरी हाइड्रोजन" कहा जाता हैवर्तमान जल इलेक्ट्रोलिसिस प्रौद्योगिकियों में मुख्य रूप से क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस (ALK), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस (PEM), उच्च तापमान ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (SOEC),और ठोस पॉलिमर एनीयन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस (एईएम).
पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक बिजली के उतार-चढ़ाव पर अपनी त्वरित प्रतिक्रिया के लिए बाहर खड़ा है, जिससे यह अक्षय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकरण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र पानी इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों का मुख्य घटक है जो शुद्ध पानी को कच्चे माल के रूप में उपयोग करता है, प्रोटॉन विनिमय झिल्ली के माध्यम से कैथोड के लिए एनोड पर उत्पन्न हाइड्रोजन आयनों (प्रोटोन) को कुशलता से परिवहन, जहां हाइड्रोजन गैस के रूप में।
एक पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी को विघटित करता है। प्रणाली में कैथोड और एनोड घटक होते हैं। एनोड पर,पानी के अणु इलेक्ट्रॉन खो देते हैं (ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया)कैथोड पर, H+ आयन इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने और हाइड्रोजन बनाने के लिए PEM के माध्यम से प्रवास करते हैं।
प्रौद्योगिकी के मुख्य लाभों में तेजी से गतिशील प्रतिक्रिया क्षमताएं शामिल हैं जो नवीकरणीय ऊर्जा की अंतर्निहित परिवर्तनशीलता को समायोजित करती हैं।पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र उच्च धारा घनत्व प्राप्त करते हैं, अधिक कॉम्पैक्ट डिजाइन, और बेहतर हाइड्रोजन शुद्धता विशेषताएं जो उन्हें नवीकरणीय ऊर्जा से चलने वाले हाइड्रोजन उत्पादन के लिए अग्रणी उम्मीदवारों के रूप में तैनात करती हैं।
हाल के अध्ययनों ने कई महत्वपूर्ण क्षेत्रों में पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र प्रौद्योगिकी को उन्नत किया हैः
झिल्ली सामग्रीःशोधकर्ता उच्च प्रोटॉन प्रवाहकता, बेहतर रासायनिक स्थिरता और कम लागत वाले झिल्ली विकसित करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं।उल्लेखनीय कार्य में उच्च तापमान वाले पॉलीएथरसुल्फोन-पॉलीविनाइलपाइरोलिडोन पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली शामिल हैं जो असाधारण स्टार्ट-स्टॉप प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं.
इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक:शोध में अतिसंभाव्यता को कम करने और ऊर्जा दक्षता बढ़ाने के लिए कुशल, स्थिर उत्प्रेरक की तलाश की जाती है।
परिचालन अनुकूलन:अध्ययनों से पता चलता है कि तापमान, दबाव और धारा घनत्व को समायोजित करने से हाइड्रोजन उत्पादन और ऊर्जा दक्षता में सुधार हो सकता है।पैरामीटर अनुकूलन से ऊर्जा लागत में 4-7% की कमी की संभावना दिखाई गई है, इलेक्ट्रोलाइट इनलेट तापमान 60°C से कम होने के साथ इष्टतम साबित होता है।
संरचनात्मक डिजाइनःप्रवाह चैनल विन्यास और स्टैक असेंबली विधियों में नवाचार वर्तमान वितरण एकरूपता और उत्पाद एकाग्रता संतुलन में सुधार करते हैं।
प्रणाली एकीकरण:अनुसंधान नवीकरणीय ऊर्जा युग्मन रणनीतियों और नियंत्रण विधियों का पता लगाता है। जीवनचक्र विश्लेषण सौर-पीईएम प्रणालियों के लिए 17.48-24.33 यूरो / किलोग्राम के बीच स्तरित हाइड्रोजन लागत का अनुमान लगाते हैं,जबकि वाणिज्यिक पैमाने (60 किलोवाट) इकाइयों का गतिशील मॉडलिंग परिचालन रणनीतियों को सूचित करता हैअध्ययनों में सिस्टम की विश्वसनीयता के लिए तापमान और दबाव प्रबंधन के महत्वपूर्ण महत्व पर जोर दिया गया है।
हाइड्रोजन उत्पादन की लागत पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र के व्यावसायीकरण को काफी प्रभावित करती है।उत्पादन लागत $0 तक पहुँच जाती है.531/Nm3. उपकरण निवेश मुख्य लागत चालक है।
उद्योग के अनुमानों के अनुसार, छह-स्टैक पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़रों के लिए लागत में 40% की कमी की उम्मीद है, जो प्रौद्योगिकी पूंजीगत व्यय का 60% है।014/kWh) 21.97% लागत में कमी की संभावना। भविष्य के परिदृश्यों का सुझाव है कि अक्षय ऊर्जा के साथ एकीकृत होने पर लागत वर्तमान स्तर के 35.8% तक गिर सकती है। जबकि स्टैक मात्रा शुरू में लागत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है,यह संवेदनशीलता सीमा प्रभावों के कारण पैमाने में वृद्धि के साथ कम हो जाती है.
190 एनएम3/घंटा के पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र परीक्षण प्लेटफॉर्म ने गतिशील प्रदर्शन विशेषताओं का मूल्यांकन किया। सिस्टम ने 6,340 सेकंड में ठंडे स्टार्टअप, 855 सेकंड में बंद और 1, गर्म स्टार्टअप का प्रदर्शन किया।उत्कृष्ट प्रतिक्रिया क्षमता प्रदर्शित करने वाले 100 सेकंडस्थिर संचालन के दौरान, तापमान में उतार-चढ़ाव 5°C से नीचे रहा, जो प्रभावी थर्मल नियंत्रण का संकेत देता है।
गैस शुद्धता मापों में ऑक्सीजन-इन-हाइड्रोजन सांद्रता लगभग 0.25% और हाइड्रोजन-इन-ऑक्सीजन सांद्रता लगभग 1.69% दिखाई दी।शोधकर्ताओं ने बंद और स्टार्टअप चरणों के दौरान अस्थायी सांद्रता में भिन्नता देखीइन निष्कर्षों से उपकरण की तैयारी को समायोजित करने के लिए कम से कम 400 सेकंड के लिए परिचालन प्रारंभ अनुक्रमों का विस्तार करने का सुझाव है।
जैसे-जैसे पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र विनिर्माण पैमाने और नवीकरणीय ऊर्जा की तैनाती का विस्तार होता है, उत्पादन लागत में काफी कमी आने का अनुमान है, जो वर्तमान स्तर के 35.8% तक पहुंच सकती है।यह बढ़ी हुई प्रतिस्पर्धात्मकता उभरती हुई हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था में व्यापक रूप से अपनाने के लिए प्रौद्योगिकी को स्थिति देती है.
190 एनएम3/घंटा के पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र ने तंग तापमान सीमाओं के भीतर स्थिर संचालन बनाए रखने वाले थर्मल प्रबंधन के साथ मजबूत गतिशील प्रदर्शन का प्रदर्शन किया।गैस-तरल पृथक्करण दक्षता में और सुधार क्रॉसओवर घटनाओं को कम कर सकते हैं और उत्पादन प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैंऑपरेशनल प्रोटोकॉल में स्टार्ट-अप अनुक्रमों के दौरान लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए उपकरण वार्म-अप आवश्यकताओं को ध्यान में रखना चाहिए।
एक ऐसी ऊर्जा भविष्य की कल्पना कीजिए जहां जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता से मुक्त हो, जहां स्वच्छ नवीकरणीय ऊर्जा लगातार उद्योगों, परिवहन और दैनिक जीवन को बिजली देने के लिए "ग्रीन" हाइड्रोजन का उत्पादन करती है।प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) इलेक्ट्रोलाइज़रों के माध्यम से यह दृष्टि तेजी से वास्तविकता बन रही है, जो हाइड्रोजन उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी है।.
जैसे-जैसे पर्यावरण संरक्षण और सतत विकास पर वैश्विक ध्यान केंद्रित होता जा रहा है, स्वच्छ ऊर्जा भविष्य के ऊर्जा संक्रमण के लिए केंद्रीय बन गई है।अपने उच्च ऊर्जा घनत्व और शून्य उत्सर्जन गुणों के साथ, एक आशाजनक स्वच्छ ऊर्जा वाहक के रूप में उभरता है। पानी इलेक्ट्रोलिसिस के साथ अक्षय ऊर्जा का युग्मन सबसे पर्यावरण के अनुकूल उत्पादन विधि का प्रतिनिधित्व करता है,जो कि "हरी हाइड्रोजन" कहा जाता हैवर्तमान जल इलेक्ट्रोलिसिस प्रौद्योगिकियों में मुख्य रूप से क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस (ALK), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस (PEM), उच्च तापमान ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (SOEC),और ठोस पॉलिमर एनीयन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस (एईएम).
पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक बिजली के उतार-चढ़ाव पर अपनी त्वरित प्रतिक्रिया के लिए बाहर खड़ा है, जिससे यह अक्षय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकरण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र पानी इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों का मुख्य घटक है जो शुद्ध पानी को कच्चे माल के रूप में उपयोग करता है, प्रोटॉन विनिमय झिल्ली के माध्यम से कैथोड के लिए एनोड पर उत्पन्न हाइड्रोजन आयनों (प्रोटोन) को कुशलता से परिवहन, जहां हाइड्रोजन गैस के रूप में।
एक पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी को विघटित करता है। प्रणाली में कैथोड और एनोड घटक होते हैं। एनोड पर,पानी के अणु इलेक्ट्रॉन खो देते हैं (ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया)कैथोड पर, H+ आयन इलेक्ट्रॉनों के साथ संयोजन करने और हाइड्रोजन बनाने के लिए PEM के माध्यम से प्रवास करते हैं।
प्रौद्योगिकी के मुख्य लाभों में तेजी से गतिशील प्रतिक्रिया क्षमताएं शामिल हैं जो नवीकरणीय ऊर्जा की अंतर्निहित परिवर्तनशीलता को समायोजित करती हैं।पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र उच्च धारा घनत्व प्राप्त करते हैं, अधिक कॉम्पैक्ट डिजाइन, और बेहतर हाइड्रोजन शुद्धता विशेषताएं जो उन्हें नवीकरणीय ऊर्जा से चलने वाले हाइड्रोजन उत्पादन के लिए अग्रणी उम्मीदवारों के रूप में तैनात करती हैं।
हाल के अध्ययनों ने कई महत्वपूर्ण क्षेत्रों में पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र प्रौद्योगिकी को उन्नत किया हैः
झिल्ली सामग्रीःशोधकर्ता उच्च प्रोटॉन प्रवाहकता, बेहतर रासायनिक स्थिरता और कम लागत वाले झिल्ली विकसित करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं।उल्लेखनीय कार्य में उच्च तापमान वाले पॉलीएथरसुल्फोन-पॉलीविनाइलपाइरोलिडोन पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली शामिल हैं जो असाधारण स्टार्ट-स्टॉप प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं.
इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक:शोध में अतिसंभाव्यता को कम करने और ऊर्जा दक्षता बढ़ाने के लिए कुशल, स्थिर उत्प्रेरक की तलाश की जाती है।
परिचालन अनुकूलन:अध्ययनों से पता चलता है कि तापमान, दबाव और धारा घनत्व को समायोजित करने से हाइड्रोजन उत्पादन और ऊर्जा दक्षता में सुधार हो सकता है।पैरामीटर अनुकूलन से ऊर्जा लागत में 4-7% की कमी की संभावना दिखाई गई है, इलेक्ट्रोलाइट इनलेट तापमान 60°C से कम होने के साथ इष्टतम साबित होता है।
संरचनात्मक डिजाइनःप्रवाह चैनल विन्यास और स्टैक असेंबली विधियों में नवाचार वर्तमान वितरण एकरूपता और उत्पाद एकाग्रता संतुलन में सुधार करते हैं।
प्रणाली एकीकरण:अनुसंधान नवीकरणीय ऊर्जा युग्मन रणनीतियों और नियंत्रण विधियों का पता लगाता है। जीवनचक्र विश्लेषण सौर-पीईएम प्रणालियों के लिए 17.48-24.33 यूरो / किलोग्राम के बीच स्तरित हाइड्रोजन लागत का अनुमान लगाते हैं,जबकि वाणिज्यिक पैमाने (60 किलोवाट) इकाइयों का गतिशील मॉडलिंग परिचालन रणनीतियों को सूचित करता हैअध्ययनों में सिस्टम की विश्वसनीयता के लिए तापमान और दबाव प्रबंधन के महत्वपूर्ण महत्व पर जोर दिया गया है।
हाइड्रोजन उत्पादन की लागत पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र के व्यावसायीकरण को काफी प्रभावित करती है।उत्पादन लागत $0 तक पहुँच जाती है.531/Nm3. उपकरण निवेश मुख्य लागत चालक है।
उद्योग के अनुमानों के अनुसार, छह-स्टैक पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़रों के लिए लागत में 40% की कमी की उम्मीद है, जो प्रौद्योगिकी पूंजीगत व्यय का 60% है।014/kWh) 21.97% लागत में कमी की संभावना। भविष्य के परिदृश्यों का सुझाव है कि अक्षय ऊर्जा के साथ एकीकृत होने पर लागत वर्तमान स्तर के 35.8% तक गिर सकती है। जबकि स्टैक मात्रा शुरू में लागत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है,यह संवेदनशीलता सीमा प्रभावों के कारण पैमाने में वृद्धि के साथ कम हो जाती है.
190 एनएम3/घंटा के पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र परीक्षण प्लेटफॉर्म ने गतिशील प्रदर्शन विशेषताओं का मूल्यांकन किया। सिस्टम ने 6,340 सेकंड में ठंडे स्टार्टअप, 855 सेकंड में बंद और 1, गर्म स्टार्टअप का प्रदर्शन किया।उत्कृष्ट प्रतिक्रिया क्षमता प्रदर्शित करने वाले 100 सेकंडस्थिर संचालन के दौरान, तापमान में उतार-चढ़ाव 5°C से नीचे रहा, जो प्रभावी थर्मल नियंत्रण का संकेत देता है।
गैस शुद्धता मापों में ऑक्सीजन-इन-हाइड्रोजन सांद्रता लगभग 0.25% और हाइड्रोजन-इन-ऑक्सीजन सांद्रता लगभग 1.69% दिखाई दी।शोधकर्ताओं ने बंद और स्टार्टअप चरणों के दौरान अस्थायी सांद्रता में भिन्नता देखीइन निष्कर्षों से उपकरण की तैयारी को समायोजित करने के लिए कम से कम 400 सेकंड के लिए परिचालन प्रारंभ अनुक्रमों का विस्तार करने का सुझाव है।
जैसे-जैसे पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र विनिर्माण पैमाने और नवीकरणीय ऊर्जा की तैनाती का विस्तार होता है, उत्पादन लागत में काफी कमी आने का अनुमान है, जो वर्तमान स्तर के 35.8% तक पहुंच सकती है।यह बढ़ी हुई प्रतिस्पर्धात्मकता उभरती हुई हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था में व्यापक रूप से अपनाने के लिए प्रौद्योगिकी को स्थिति देती है.
190 एनएम3/घंटा के पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र ने तंग तापमान सीमाओं के भीतर स्थिर संचालन बनाए रखने वाले थर्मल प्रबंधन के साथ मजबूत गतिशील प्रदर्शन का प्रदर्शन किया।गैस-तरल पृथक्करण दक्षता में और सुधार क्रॉसओवर घटनाओं को कम कर सकते हैं और उत्पादन प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैंऑपरेशनल प्रोटोकॉल में स्टार्ट-अप अनुक्रमों के दौरान लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए उपकरण वार्म-अप आवश्यकताओं को ध्यान में रखना चाहिए।
