مطالعه هزینه های الکترولیزر PEM با عملکرد بالا برای هیدروژن را ارزیابی می کند

آینده ای انرژی را تصور کنید که وابسته به سوخت های فسیلی نباشد، جایی که انرژی های تجدید پذیر پاک به طور مداوم هیدروژن "سبز" را برای قدرت بخشیدن به صنایع، حمل و نقل و زندگی روزمره تولید می کنند.این چشم انداز به سرعت در حال تبدیل شدن به واقعیت با استفاده از الکترولیزرهای غشاء مبادله پروتون (PEM) است.

با افزایش تمرکز جهانی بر حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار، انرژی پاک در تحولات انرژی آینده محوری شده است.با چگالی انرژی بالا و خواص انتشار صفر، به عنوان یک حامل انرژی پاک امیدوار کننده به نظر می رسد.که به آن هیدروژن سبز گفته می شود"تکنولوژی های فعلی الکترولیز آب عمدتا شامل الکترولیز آب قلیایی (ALK) ، الکترولیز غشاء مبادله پروتون (PEM) ، الکترولیز اکسید جامد با دمای بالا (SOEC) ،و الکترولیس غشا مبادله آنیون پلیمری جامد (AEM).

تکنولوژی الکترولیز PEM با واکنش سریع به نوسانات قدرت برجسته می شود، که آن را به ویژه برای ادغام با منابع انرژی تجدید پذیر مناسب می کند.الکترولایزر PEM که جزء اصلی سیستم های الکترولیز آب است، از آب خالص به عنوان مواد اولیه استفاده می کند.، به طور موثر انتقال یون های هیدروژن (پروتون) تولید شده در آنود به کاتود از طریق غشای مبادله پروتون، که در آن گاز هیدروژن تشکیل می شود.

یک الکترولایزر PEM آب را از طریق الکترولیس به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کند. سیستم شامل قطعات کاتود و آنود است. در آنود،مولکول های آب الکترون ها را از دست می دهنددر کاتود، یون های H + از طریق PEM مهاجرت می کنند تا با الکترون ها ترکیب شوند و هیدروژن را تشکیل دهند.

مزایای کلیدی این تکنولوژی شامل قابلیت پاسخ سریع پویا است که تغییرات ذاتی انرژی های تجدید پذیر را در بر می گیرد.الکترولایزر های PEM چگالی جریان بالاتر را به دست می آورند، طرح های جمع و جور تر و ویژگی های خالص هیدروژن برتر که آنها را به عنوان کاندیداهای پیشرو برای تولید هیدروژن با انرژی تجدید پذیر قرار می دهد.

مطالعات اخیر فناوری الکترولیزر PEM را در چندین زمینه حیاتی پیشرفت داده است:

مواد غشا:محققان بر روی توسعه غشا با هدایت پروتونی بالاتر، ثبات شیمیایی بهبود یافته و هزینه های پایین تر تمرکز می کنند.کار قابل توجه شامل غشای الکترولیت پلیمر پلی اترسولفون-پولی وینیلپیرولیدون با دمای بالا است که عملکرد استثنایی شروع و توقف را نشان می دهد..

کاتالیزورهای الکترود:تحقیقات به دنبال کاتالیزورهای کارآمد و پایدار برای کاهش ظرفیت بیش از حد و افزایش بهره وری انرژی هستند.

بهینه سازی عملیاتی:مطالعات نشان می دهد که چگونه تنظیم دمای، فشار و تراکم جریان می تواند تولید هیدروژن و بهره وری انرژی را بهبود بخشد.بهینه سازی پارامترها نشان داده است که امکان کاهش 4-7٪ هزینه های انرژی وجود دارد، با دمای ورودی الکترولیت کمتر از 60 درجه سانتیگراد که به نظر می رسد مطلوب است.

طراحی ساختاری:نوآوری در پیکربندی کانال جریان و روش های مونتاژ پشته، یکنواخت توزیع جریان و تعادل غلظت محصول را بهبود می بخشد.

ادغام سیستم:تحقیقات استراتژی های اتصال انرژی های تجدید پذیر و روش های کنترل را بررسی می کند. تجزیه و تحلیل چرخه عمر تخمین می زند که هزینه های هیدروژن مستحکم بین 17.48-24.33 یورو / کیلوگرم برای سیستم های خورشیدی-PEM،در حالی که مدل سازی پویا از واحدهای مقیاس تجاری (60 کیلو وات) استراتژی های عملیاتی را اطلاع می دهدمطالعات بر اهمیت حیاتی مدیریت دمای و فشار برای قابلیت اطمینان سیستم تاکید دارند.

هزینه های تولید هیدروژن به طور قابل توجهی بر تجاری سازی الکترولیزر PEM تأثیر می گذارد.هزينه هاي توليد به 0 دلار رسيد.531/Nm3 سرمایه گذاری تجهیزات عامل اصلی هزینه است.

پیش بینی های صنعت پیش بینی کاهش 40٪ هزینه برای الکترولیزر های PEM شش استیک، که 60٪ از هزینه های سرمایه فناوری را نشان می دهد.014/kWh) نشان می دهد که 21.97 درصد پتانسیل کاهش هزینه ها. سناریوهای آینده نشان می دهد که هزینه ها می توانند به 35.8 درصد از سطوح فعلی در صورت ادغام با انرژی های تجدید پذیر کاهش یابد. در حالی که مقدار انبار در ابتدا به طور قابل توجهی بر هزینه ها تأثیر می گذارد،این حساسیت با افزایش مقیاس به دلیل اثرات مرزی کاهش می یابد..

یک بستر آزمایش الکتروالیزر PEM 190 Nm3/h ویژگی های عملکرد پویا را ارزیابی کرد. سیستم شروع سرد را در 6،340 ثانیه، خاموش شدن در 855 ثانیه و شروع گرم را در 1 نشان داد.100 ثانیه ٬ قابلیت پاسخ عالی را نشان می دهددر طول کار پایدار، نوسانات دمایی کمتر از 5 درجه سانتیگراد باقی ماند، که نشان دهنده کنترل حرارتی موثر است.

اندازه گیری های خلوص گاز نشان داد غلظت اکسیژن در هیدروژن حدود 0.25٪ و هیدروژن در اکسیژن نزدیک به 1.69٪ است.محققان تغییرات گذرا در غلظت را در مراحل خاموش کردن و راه اندازی مشاهده کردنداین یافته ها نشان می دهد که برای آماده سازی تجهیزات، باید به مدت حداقل ۴۰۰ ثانیه از مراحل راه اندازی عملیات استفاده شود.

با گسترش مقیاس های تولید الکترولیزر PEM و استفاده از انرژی های تجدید پذیر، هزینه های تولید به طور قابل توجهی کاهش می یابد و به طور بالقوه به 35.8٪ از سطوح فعلی می رسد.این رقابت پذیری افزایش یافته، تکنولوژی را برای پذیرش گسترده در اقتصاد هیدروژن در حال ظهور قرار می دهد..

الکترولایزر PEM 190 Nm3/h عملکرد پویا و پویا را نشان داد، با مدیریت حرارتی که عملکرد پایدار را در محدوده های دمایی باریک حفظ می کند.بهبود بیشتر بهره وری جدایی گاز از مایع می تواند پدیده های متقابل را کاهش دهد و عملکرد تولید را افزایش دهدپروتکل های عملیاتی باید نیازهای گرم کردن تجهیزات را در نظر بگیرند تا عملکرد سازگار در طول توالی های راه اندازی را تضمین کنند.