التركيز الاستراتيجي لإنابتير على تقنية غشاء تبادل الأنيونات (AEM)

دور تقنية AEM في رؤية إنابتير للهيدروجين الأخضر

تعتمد Enapter اعتمادًا كبيرًا على تقنية الغشاء الأيوني المبادل للأنيونات (AEM) في نهجها لإنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة من خلال تحليل الماء كهربائيًا. ما يُميز تقنية AEM هو قدرتها على الجمع بين التكلفة المنخفضة لأنظمة القلويات التقليدية، مع تقديم أداء أقرب إلى أنظمة PEM من حيث التشغيل السلس تحت ظروف مختلفة. يتيح هذا المزيج توسّعًا أفضل في استخدام مصادر الطاقة المتجددة، وهو أمر بالغ الأهمية بالنظر إلى إمكانية توفير الهيدروجين لما يقارب 18٪ من احتياجات الطاقة العالمية بحلول عام 2050 وفقًا لبيانات الوكالة الدولية للطاقة الصادرة العام الماضي. تساهم منتجات مثل AEM Flex 120 بشكل فعّال في تسريع هذه العملية، حيث تأتي على شكل وحدات نمطية يمكن توصيلها بسهولة، مما يجعل بناء البنية التحتية للهيدروجين على المستوى الصناعي أكثر سهولة وأقل تكلفة.

موقف Enapter في سوق التحليل الكهربائي العالمي بتقنية AEM

تنبؤات السوق تشير إلى أن قطاع التحليل الكهربائي AEM على مستوى العالم سيصل إلى حوالي 1.2 مليار دولار بحلول عام 2033، مع نمو سنوي يبلغ نحو 9 بالمئة وفقًا للتقارير الصناعية الحديثة لعام 2023. وتُسيطر شركة Enapter حاليًا على ما بين 12 إلى 15 بالمئة من هذا السوق المتخصص بفضل تقنيتها الخاصة بأغشية الأقطاب المدمجة جنبًا إلى جنب مع أساليب الإنتاج المُبسطة. وتأتي معظم الطلب من منطقة آسيا والمحيط الهادئ التي تمثل حوالي 40 بالمئة من إجمالي المبيعات، ويعود ذلك بشكل كبير إلى الاستثمارات الضخمة في بنية تحتية للهيدروجين عبر الصين. وفي الوقت نفسه، تركز الشركات في أوروبا أكثر على مشاريع صغيرة النطاق مثل محطات تزويد الهيدروجين بالوقود للمركبات. ومن خلال التعاون مع مشغلي مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تلعب Enapter دورًا رئيسيًا في مساعدة الدول على تحقيق أهداف بيئية طموحة، وبشكل خاص الهدف الذي حدّدته الهيئات الدولية بإنتاج 110 مليون طن من الهيدروجين النظيف سنويًا بحلول نهاية هذا العقد.

دمج نظام AEM مع محفزات خالية من المعادن الثمينة لإنتاج الهيدروجين بتكلفة فعالة

استبدال معادن المجموعة البلاتينية باهظة الثمن بمحفزات النيكل والحديد سمح لشركة Enapter بتخفيض تكاليف المواد بنحو 60 إلى 70 في المئة تقريبًا، مع الحفاظ على كفاءة النظام عند حوالي 75٪ إلى 78٪. وبالنظر إلى تقنية الأغشية الجديدة لديهم، يمكن لهذه الأنظمة تحقيق كثافة تيار تبلغ نحو أمبيرين لكل سنتيمتر مربع عند جهد 1.8 فولت فقط، وذلك باستخدام مواد شائعة نسبيًا في الطبيعة. وهذا يمثل تحسنًا قويًا بنسبة 35٪ مقارنةً بالجيل الأول من النماذج. ما الذي يعنيه هذا بالنسبة للتطبيقات الواقعية؟ حسنًا، يؤدي ذلك إلى خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين إلى أقل من ثلاث دولارات لكل كيلوغرام في الظروف المثالية، مما يفتح المجال أمام الصناعات التي ترغب في تقليل الانبعاثات الكربونية دون الاعتماد على الدعم الحكومي. بالإضافة إلى ذلك، يعمل النظام بأكمله بشكل جيد مع المصادر المتجددة مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح. وحتى عندما لا يكون هناك ما يكفي من الطاقة الواردة من هذه المصادر، يستمر النظام في العمل بسلاسة دون أي انقطاع.

الأداء والكفاءة في أجهزة التحليل الكهربائي AEM الخالية من PGM من Enapter

مكاسب الكفاءة باستخدام محفزات المعادن غير النبيلة في أنظمة AEM

تعمل أجهزة التحليل الكهربائي AEM الخالية من المعادن الثمينة (PGM-free) من إينابتير بنسبة تتراوح بين 8 إلى 12 بالمئة أكثر كفاءة من أنظمة الإلكترولايت القلوية التقليدية، وفقًا لبحث نُشر في المجلة الدولية للطاقة الهيدروجينية عام 2023. وينتج هذا التحسن من عوامل الحفز الخاصة المصنوعة من النيكل والحديد، والتي تحافظ على كفاءة الجهد فوق 74% حتى عند تشغيل الجهاز بتيار كهربائي مقداره 1 أمبير لكل سنتيمتر مربع. ما الذي يجعل هذه العوامل الحفازة بهذا التميز؟ إنها تقلل التكاليف بنحو 90% مقارنة بأنظمة PEM المكلفة التي تحتاج إلى كميات كبيرة من الإيريديوم والبلاتين. كما يحدث شيء مثير للاهتمام مع أكاسيد الكوبالت والمنغنيز، فهي فعليًا تقلل الجهد الزائد بمقدار 180 ملي فولت بالمقارنة مع الأقطاب الكهربائية القلوية التقليدية. وإليك جانبًا عمليًا جدًا: تصميم إينابتير يتدهور بسرعة لا تزيد عن ربع سرعة تدهور وحدات PEM أثناء عمليات التشغيل والإيقاف المتكررة. وهذا يعني أن هذه الأجهزة قادرة على التعامل مع التقلبات في مصادر الطاقة المتجددة مثل الألواح الشمسية وتوربينات الرياح بشكل أفضل بكثير دون أن تتلف بسرعة.

سعة تبادل الأيونات والمتانة الميكانيكية في أغشية AEM الرقيقة

تتراوح سماكة أغشية AEM الرقيقة من Enapter بين 40 و60 ميكرومتر، وتتمكن من الجمع بين قدرة تبادل أيونية ممتازة تقل عن 3.2 ملي مول لكل غرام، وقوة شد استثنائية تزيد عن 30 ميجا باسكال. ويؤدي هذا المزيج إلى خلايا صغيرة الحجم ومتينة بدرجة كافية للتطبيقات الواقعية. وعند اختبارها لمدة 8000 ساعة متواصلة عند درجة حرارة 80 مئوية في بيئة قلوية، لا تزال هذه الأغشية تحتفظ بنحو 93٪ من توصيليتها الأصلية. ويمثل ذلك تحسناً قوياً بنسبة 25٪ مقارنة بالإصدارات السابقة من تقنية AEM وفقاً للبحث المنشور في مجلة Materials Today Energy العام الماضي. إن تقنيتها الخاصة بالربط العرضي تحافظ على التمدد عند أقل من 15٪ حتى عند التعرض لمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم المركز. ونتيجة لذلك، تحافظ الأغشية على شكلها وسلامتها الهيكلية حتى تحت فروق ضغط تصل إلى 50 بار. وتتيح كل هذه الخصائص كثافات قوة للمكدس تتجاوز 4.5 واط لكل سنتيمتر مربع، وهي أفضل بنحو 40٪ مما كان ممكناً مع النماذج الأولية الأولى.

تصميم وتوسيع صناعي لأنظمة التحليل الكهربائي AEM خالية الفجوة

هندسة هياكل التحليل الكهربائي المدمجة وعالية الكفاءة

طورت شركة Enapter نظام تحليل كهربائي AEM خالٍ من الفجوة يحقق كفاءة مكدس تبلغ حوالي 85٪ بفضل الأغشية الرقيقة جدًا التي يقل سمكها عن 100 ميكرون بالإضافة إلى طبقات محفزة تم تحسينها بذكاء. ويقلل هذا التصميم من المقاومة الأيونية بنسبة تقارب 40٪ بالمقارنة مع الأنظمة القلوية التقليدية وفقًا للبحث الذي أجرته معهد فراونهوفر عام 2024. وما يجعل هذه التكنولوجيا أكثر تميزًا هو تصميم حقل التدفق الخاص بها، والذي يُمكنها من الحفاظ على كثافات تيار عالية عند 2 فولت دون السماح بعبور كبير للغاز بين الحجرات. ويظل النظام بأكمله أقل من 2٪ من حيث معدلات عبور الغاز، بينما يستهلك مساحة أقل بنحو 30٪ بالمقارنة مع أنظمة PEM المماثلة الموجودة في السوق اليوم.

التصميم الوحداتي والقابلية على التوسع للنشر التجاري

تتيح وحدات AEM القياسية البالغة 1 ميجاواط إمكانية التوسع حتى تثبيتات متعددة الميجاواط، لأنها تستخدم ألواحًا ثنائية القطب يتم تركيبها بالضغط إلى جانب التجميع الآلي لطبقات انتشار الغاز. ومن خلال تحليل البيانات الميدانية من عمليات النشر التجريبي الفعلية، نلاحظ تحقيق معدل تشغيل يبلغ حوالي 92 بالمئة على مدى 12 ألف ساعة تشغيل. ما يلفت الانتباه هو سرعة استجابة هذه الأنظمة أيضًا - حيث لا تتجاوز حوالي خمس عشرة دقيقة كحد أقصى عند حدوث تغيرات في إمدادات الطاقة المتجددة. وبالنسبة للمشاريع الأكبر حجمًا، مثل تلك التي تزيد عن 10 ميجاواط، فقد انخفضت التكاليف بشكل ملحوظ. وتشير تقديرات المصروفات الرأسمالية الآن إلى حوالي 500 دولار لكل كيلوواط، وهو ما يمثل انخفاضًا كبيرًا مقارنة بما كان سائدًا في عام 2022 وفقًا لتقارير مجلس الهيدروجين الصادرة العام الماضي.

دراسة حالة: دمج محلل كهربائي AEM متعدد الوحدات في مشاريع أوروبية

في منطقة راينلاند-بفالتس بألمانيا، توجد منشأة بقدرة 4.8 ميغاواط تدمج اثني عشر وحدة كهروكيميائية (AEM) بقدرة 400 كيلوواط مع أنظمة الغاز الحيوي الموجودة مسبقًا. وتنتج هذه التجهيزات حوالي 650 طنًا من الهيدروجين الأخضر سنويًا، وبتكاليف تشغيل لا تتجاوز نصف التكاليف المعتادة للطرق القلوية التقليدية. كما تتميز المنشأة بنظام تبريد هجين خاص يقلل استهلاك المياه بنسبة تصل إلى 60 بالمئة. وتحتوي الصمامات الأمنية الموضعية على الحواف على حماية الأغشية من الجفاف عند تشغيل النظام بأقل من السعة الكاملة، مما يطيل عمر التشغيل الكلي دون الحاجة إلى صيانة متكررة أو قطع غيار.

الأسئلة الشائعة

ما الذي يجعل تقنية AEM المستخدمة من قبل Enapter خاصة؟

تجمع تقنية AEM من Enapter بين اقتصادية الأنظمة القلوية التقليدية والمزايا التشغيلية لأغشية تبادل البروتون (PEMs)، مما يوفر قابلية أفضل للتوسع مع مصادر الطاقة المتجددة.

كيف تسهم تقنية التحليل الكهربائي AEM من Enapter في إنتاج الهيدروجين بتكلفة فعالة؟

من خلال استخدام عوامل حفازة غير نبيلة مثل النيكل والحديد بدلاً من معادن المجموعة البلاتينية الباهظة التكلفة، قللت Enapter تكاليف المواد بشكل كبير مع الحفاظ على كفاءة النظام عند حوالي 75٪ إلى 78٪.

ما هي مزايا أجهزة التحليل الكهربائي الخالية من PGM من Enapter؟

تتميز أجهزة التحليل الكهربائي الخالية من PGM من Enapter بكفاءة أفضل وتكاليف أقل ومتانة أعلى مقارنةً بالنظم القلوية التقليدية، مما يجعلها مناسبة بدرجة كبيرة للتعامل مع الطبيعة المتغيرة لمصادر الطاقة المتجددة.

إلى أي مدى يمكن توسيع أنظمة محلل AEM من Enapter؟

يتيح التصميم الوحدوي وأنسجة AEM القياسية بقدرة 1 ميجاواط من Enapter تركيبات قابلة للتوسع، مما يمكّن المشاريع من الوصول إلى عدة ميجاواط والاستفادة من انخفاض النفقات الرأسمالية والتشغيل الفعال.