হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজারের মূল প্রযুক্তি এবং নবায়ন সম্পর্কে বোঝা

তৃতীয় প্রজন্মের হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজারের আবির্ভাব

AEM বা অ্যানায়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ইলেকট্রোলাইজারগুলি জল বিভাজন প্রযুক্তিতে একটি বড় অগ্রগতি চিহ্নিত করে, পুরানো ক্ষারীয় সিস্টেমগুলি এবং নতুন PEM বা প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন পদ্ধতির মধ্যে কোথাও স্থাপিত। যেখানে PEM মডেলগুলি দামি প্ল্যাটিনাম-ভিত্তিক অনুঘটকের প্রয়োজন হয়, সেখানে হাইটো AEM সংস্করণটি ভিন্নভাবে কাজ করে বিশেষ মেমব্রেনগুলির মধ্য দিয়ে হাইড্রক্সাইড আয়নগুলি স্থানান্তরিত করে। 2023 সালের শিল্প তথ্য অনুসারে এই ধরনের ইউনিটগুলি 75 থেকে 85 শতাংশ দক্ষতা অর্জন করতে সক্ষম, প্রায়শই পারম্পরিক ক্ষারীয় সেটআপের তুলনায় অনেক কম তাপমাত্রায় অর্থাৎ 40 থেকে 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে চলে। কম তাপের প্রয়োজনীয়তা তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের বিষয়টি যেখানে গুরুত্বপূর্ণ সেই অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য এদের বেশ আকর্ষণীয় করে তোলে।

AEM ইলেকট্রোলাইজারের অপারেটিং মেকানিজম বনাম পারম্পরিক ক্ষারীয় সিস্টেমগুলি

উভয় প্রযুক্তিতে অ্যালকালাইন ইলেকট্রোলাইট ব্যবহার করা হয় হলেও AEM সিস্টেমগুলি তরল ইলেকট্রোলাইটের পরিবর্তে একটি কঠিন পলিমার মেমব্রেন দিয়ে ইলেকট্রোডগুলি পৃথক করে। এই ডিজাইনটি ক্ষয়কারী পটাসিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণ বাতিল করে, রক্ষণাবেক্ষণ খরচ 30% পর্যন্ত কমিয়ে দেয় এবং উচ্চতর গ্যাস বিশুদ্ধতা (99.99% হাইড্রোজেন) অর্জনে সক্ষম হয়।

হাইটো AEM ইলেকট্রোলাইজার সিস্টেমে অ-মূল্যবান ধাতু অনুঘটকদ্রব্যের ব্যবহার

হাইটোর অগ্রগতি ইরিডিয়ামের মতো মূল্যবান ধাতুগুলিকে নিকেল-লৌহ অনুঘটকদ্বারা প্রতিস্থাপনে নিহিত। সদ্য প্রকাশিত গবেষণায় দেখা গেছে যে এই বিকল্পগুলি উপাদান খরচ 95% কম হওয়া সত্ত্বেও PEM প্রযুক্তির একটি প্রধান অর্থনৈতিক বাধা সমাধানের পাশাপাশি তুলনাযোগ্য ক্রিয়াকলাপ (<10% কর্মক্ষমতা হ্রাস) অর্জন করে।

হাইটো AEM-এ শূন্য-গ্যাপ কনফিগারেশন এবং এর দক্ষতার উপর প্রভাব

শূন্য-ফাঁক সেল আর্কিটেকচার ইলেকট্রোডগুলির মধ্যে আয়নিক প্রতিরোধ কমিয়ে দেয়, যা পারম্পরিক ক্ষারীয় স্ট্যাকের তুলনায় 15% দক্ষতা বাড়ায়। 2023 TechBriefs এর একটি বিশ্লেষণে এই কাঠামোটি শক্তি ক্ষতি 3.9 kWh/Nm³ এ নামিয়ে আনে, যা পিইএম কর্মক্ষমতার কাছাকাছি কিন্তু তার উপকরণ খরচের দাম ছাড়াই।

এই হাইব্রিড পদ্ধতি পিইএমের স্কেলযোগ্যতা এবং ক্ষারীয় পদ্ধতির খরচের সংমিশ্রণ ঘটায়, বৃহদাকার নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেন প্রকল্পের জন্য হাইটো এইএমকে একটি বাস্তবসম্মত সমাধান হিসেবে প্রতিষ্ঠিত করে।

তুলনামূলক বিশ্লেষণ: হাইটো এইএম বনাম পিইএম ইলেকট্রোলাইজার প্রযুক্তি

নকশা এবং পরিচালনায় এইএম এবং পিইএম ইলেকট্রোলাইজারের মধ্যে পার্থক্য

হাইটো এইচ ই এম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি পিইএম সিস্টেমের তুলনায় অপারেশনের দিক থেকে এবং কাঠামোগতভাবে অনেক আলাদাভাবে কাজ করে। পিইএম মডেলগুলি সাধারণত প্রোটন পরিবাহী অ্যাসিডিক মেমব্রেন এবং দামি প্ল্যাটিনাম গ্রুপ অনুঘটকের উপর নির্ভরশীল। অন্যদিকে, এইচইএম প্রযুক্তিতে বিশেষ ক্ষারধর্মী স্থিতিশীল অ্যানায়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ব্যবহার করা হয় যা হাইড্রক্সাইড আয়নগুলি পরিবহন করে। এই মৌলিক পার্থক্যের কারণে, হাইটো এইচইএম ইউনিটগুলি দামি মূল্যবান ধাতুগুলির পরিবর্তে নিকেলের মতো সস্তা উপকরণগুলি অনুঘটক হিসাবে ব্যবহার করতে পারে। পিইএম সেটআপ থেকে স্যুইচ করা কোম্পানিগুলির জন্য উপকরণের খরচ প্রায় 40 শতাংশ কমে যায়। এখানে আমরা এই দুটি পদ্ধতির মধ্যে কয়েকটি প্রধান পার্থক্য দেখানো একটি তুলনামূলক টেবিল তৈরি করেছি।

হাইটো এইএম বনাম পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার সিস্টেমের মধ্যে উপাদান সামঞ্জস্য

হাইটো এইএম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি সস্তা স্টেইনলেস স্টিলের অংশগুলির সাথে ভাল কাজ করে কারণ তারা ক্ষারীয় পরিবেশে কাজ করে। পিইএম সিস্টেমগুলির পরিবর্তে ব্যয়বহুল টাইটানিয়াম প্রয়োজন কারণ তারা এসিডিক অবস্থার সাথে মোকাবিলা করে যা সাধারণ উপকরণগুলিকে গ্রাস করবে। শুধুমাত্র উপকরণগুলির পার্থক্যই মাঝারি আকারের অপারেশন স্থাপন করার সময় প্রতি কিলোওয়াট প্রতি প্রায় ১৫০ ডলার খরচ কমাতে পারে। এএএম প্রযুক্তির আরেকটি বড় সুবিধা হল এটি পিইএমের মতো বিরল প্ল্যাটিনাম গ্রুপের ধাতুগুলির উপর নির্ভর করে না। এই মূল্যবান ধাতু সরবরাহ শৃঙ্খলে সব ধরনের সমস্যা সৃষ্টি করে, যা নির্মাতারা এ দিনগুলোতে এড়াতে চায় কারণ বিশ্বব্যাপী বাজারগুলো ক্রমশ অনির্দেশ্য হয়ে উঠছে।

হাইটো এইএম এবং পিইএম এর মধ্যে বর্তমান ঘনত্ব এবং দক্ষতার তুলনা

PEM ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি উচ্চতর কারেন্ট ডেনসিটি (2–3 A/cm²) অর্জন করে কারণ প্রোটন পরিবাহিতার প্রাধান্যের জন্য, হাইটো AEM সিস্টেমগুলি এই ব্যবধান কমিয়ে আনছে, তৃতীয় প্রজন্মের জিরো-গ্যাপ কনফিগারেশনগুলির সাথে 1.5–2 A/cm² পর্যন্ত পৌঁছেছে। শক্তি দক্ষতা PEM (74–82%) এর পক্ষে যা AEM (68–76%) এর চেয়ে বেশি, যদিও হাইটোর অপ্টিমাইজড আয়নোমার একীকরণ সাম্প্রতিক ক্ষেত্র পরীক্ষাগুলিতে এই পার্থক্যকে <5% এ কমিয়েছে।

স্থায়িত্ব এবং মেমব্রেন স্থিতিশীলতা: AEM বনাম PEM ইলেক্ট্রোলাইজার

PEM মেমব্রেনগুলি দীর্ঘতর পরিচালন আয়ু (~60,000 ঘন্টা) প্রদর্শন করে যা প্রাথমিক AEM ডিজাইনগুলির (~30,000 ঘন্টা) চেয়ে বেশি। যাইহোক, হাইটোর শক্তিশালী মেমব্রেন আর্কিটেকচার ত্বরিত বার্ধক্য পরীক্ষাগুলিতে AEM এর স্থায়িত্বকে 45,000 ঘন্টা পর্যন্ত বাড়িয়েছে, যেখানে অবিরত নবায়নযোগ্য শক্তি ইনপুটের অধীনে ক্ষয়ের হার এখন PEM (±3 µV/h) এর সমান।

প্রদর্শন, দক্ষতা এবং হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজারের বাস্তব অ্যাপ্লিকেশন

শক্তি দক্ষতা এবং হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইসিসে নির্দিষ্ট শক্তি খরচ

হাইটোর AEM ইলেক্ট্রোলাইজার হাইড্রোজেন উৎপাদনের সময় প্রতি Nm³ এ 4.8 থেকে 5.4 kWh পর্যন্ত নির্দিষ্ট শক্তি খরচ কমিয়ে আনতে সক্ষম, যা পারম্পরিক ক্ষারীয় পদ্ধতির তুলনায় দক্ষতায় প্রায় 15 থেকে 20 শতাংশ বৃদ্ধি নির্দেশ করে। এটি সম্ভব হয়েছে শূন্য গ্যাপ সেল ডিজাইনের কারণে যা আয়নিক প্রতিরোধ অনেকটাই কমিয়ে দেয়। ফলস্বরূপ, এই সমস্ত সেল প্রতি সেলে 1.8 থেকে 2.2 ভোল্ট পর্যন্ত পরিচালিত হতে পারে এবং সবকিছু নিখুঁতভাবে চললে দক্ষতার স্তর 75 থেকে 80 শতাংশের মধ্যে থাকে। এতটা ভালো কার্যকারিতার পিছনের কারণ হলো উন্নত মেমব্রেন পরিবাহিতা এবং উন্নত গ্যাস ডিফিউশন স্তরগুলি যা AEM প্রযুক্তির প্রাথমিক সংস্করণগুলির তুলনায় ভোল্টেজ ক্ষতি প্রায় 30 শতাংশ কমিয়ে দেয়।

AEM, PEM এবং ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজার প্রযুক্তির মধ্যে দক্ষতা তুলনা

• AEM দক্ষতা : 70°C তাপমাত্রায় 73–78% (LHV), PEM এর গতিশীল প্রতিক্রিয়ার সাথে ক্ষারীয় ব্যয়-কার্যকারিতা মিলিয়ে নেয়
• PEM দক্ষতা : 75–82% (LHV) কিন্তু এটির 2–5x বেশি অনুঘটক লোডিং প্রয়োজন (2–3 mg/cm² ইরিডিয়াম vs. AEM-এ 0.5 mg/cm² নিকেল)
• ক্ষারীয় দক্ষতা : 60–70% (LHV) সীমিত টার্নডাউন অনুপাত সহ (30% vs. AEM-এর 10–100%)

কেস স্টাডি: হাইটো AEM ইনস্টলেশনের রিয়েল-ওয়ার্ল্ড পারফরম্যান্স মেট্রিক্স

জার্মানির রাইনল্যান্ড শিল্প জটিলতায় 10 MW হাইটো AEM ইনস্টলেশন 8,760-ঘন্টা অবিচ্ছিন্ন অপারেশনে 78% দক্ষতা প্রদর্শন করেছে (2023 ডেটা)। প্রধান অর্জনসমূহ:

• সৌর PV-এর সাথে জুড়ে 94% ক্ষমতা ফ্যাক্টর
• 6,000 ঘন্টার পরে <0.5% দক্ষতা হ্রাস
• নমিনাল লোডে 2.3 kg H₂/kWh নির্দিষ্ট খরচ

অতিরিক্ত পৃথকীকরণ পর্যায় ছাড়াই সিস্টেমটি <10 ppm অক্সিজেন বিশুদ্ধতা বজায় রেখেছে, ক্ষারীয় বিকল্পগুলির চেয়ে উত্তম প্রদর্শন করেছে যখন ঐতিহ্যবাহী ডিজাইনের তুলনায় 40% কম পটাসিয়াম হাইড্রোক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করেছে।

হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজার প্রযুক্তির ব্যয়-কার্যকারিতা এবং অর্থনৈতিক সুবিধাসমূহ

হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজারটি PEM এবং ক্ষারীয় সিস্টেমগুলির তুলনায় তিনটি প্রধান অর্থনৈতিক চালকের মাধ্যমে উল্লেখযোগ্য খরচ সুবিধা দেখায়।

AEM, PEM এবং ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারের খরচ তুলনা

PEM সিস্টেমগুলির তুলনায় AEM ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি প্লাটিনাম-গোষ্ঠীর ধাতু অনুঘটকের প্রয়োজন হয় না তাই মূলধন খরচ 30–40% কমায়। তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য পরিচালনার কারণে ক্ষারীয় কাঠামোগুলির অপারেশন খরচ বেশি হয়, যেখানে AEM সিস্টেমগুলি কঠিন পলিমার মেমব্রেনের মাধ্যমে এই খরচগুলি নির্মূল করে।

অমূল্য ধাতু অনুঘটকের মাধ্যমে মূলধন ব্যয় হ্রাস

PEM-এর প্লাটিনাম অনুঘটককে নিকেল-লোহা যৌগ দিয়ে প্রতিস্থাপন করে হাইটো AEM প্রযুক্তি উপকরণের খরচ 60% পর্যন্ত কমায়। এই উদ্ভাবনের মাধ্যমে স্ট্যাক নির্মাণ খরচ $450/kW-এ নামিয়ে আনা হয়েছে— PEM-এর তুলনায় $800–1,200/kW (Clean Hydrogen Partnership 2023)।

হাইটো AEM সিস্টেমে দীর্ঘমেয়াদী অপারেশন খরচ সাশ্রয়

শূন্য-ফাঁক সেল ডিজাইন ক্ষারীয় সিস্টেমের তুলনায় 1 MW ক্ষমতার প্রতি বছর 18,000 ডলার সাশ্রয় করে শক্তি ক্ষতি 12-15% কমিয়ে দেয়। AEM-এর স্থায়ী অ্যানায়ন-এক্সচেঞ্জ মেমব্রেনগুলি প্রতি 8-10 বছর পর প্রতিস্থাপন করা হয় PEM-এর 5-7 বছরের চক্রের তুলনায় যা রক্ষণাবেক্ষণ খরচ আরও কমিয়ে দেয়।

হাইটো AEM ইলেক্ট্রোলাইজারের প্রযুক্তি প্রস্তুতি এবং বাজার গ্রহণ

2024 সালে AEM ইলেক্ট্রোলাইজারের প্রযুক্তি প্রস্তুতি স্তর (TRL)

2024 এর দিকে এগিয়ে আসার সময় হাইটোর AEM ইলেক্ট্রোলাইজার TRL 7 থেকে 8 এর কাছাকাছি স্থাপন করা হয়েছে, যার মানে এটি পাইলট পর্যায় পেরিয়ে গেছে এবং বাস্তব অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রস্তুত হচ্ছে। শূন্য ফাঁক ডিজাইন এবং মূল্যবান ধাতু ছাড়া কার্যকর প্রভাবকের কয়েকটি দুর্দান্ত উন্নতির মাধ্যমে এই সিস্টেমগুলি অসামান্য স্পেসিফিকেশন অর্জন করেছে। এগুলি প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 2.5 অ্যাম্পিয়ার বিদ্যুৎ ঘনত্বে চলতে পারে এবং সম্পূর্ণ ক্ষমতা ছাড়াও প্রায় 75% দক্ষতা বজায় রাখতে পারে। অস্থির শক্তি উৎপাদনকারী নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের সাথে একীভূত করার জন্য এই ধরনের কর্মক্ষমতা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। অন্যান্য প্রযুক্তির দিকে তাকালে দেখা যায় ক্ষারীয় সিস্টেমগুলি ইতিমধ্যে TRL 9 এ পৌঁছেছে, আর PEM ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি TRL 8 এবং 9 এর মধ্যে রয়েছে। AEM এর বিশেষত্ব হল কম খরচের উপকরণ এবং দ্রুত প্রতিক্রিয়ার সময়ের সংমিশ্রণ। শিল্প প্রোটোটাইপগুলি আসলেই 4,000 ঘন্টার বেশি সময় ধরে কোনো বড় সমস্যা ছাড়াই চলছে, যা তাদের নির্ভরযোগ্যতা সম্পর্কে অনেক কিছু বলে।

শিল্প গ্রহণের প্রবণতা: যেখানে হাইটো AEM PEM এবং ক্ষারীয় পদ্ধতিকে ছাপিয়ে যায়

হাইটো এইচ ইলেক্ট্রোলাইজার প্রযুক্তি ক্রমবর্ধমানভাবে বিকেন্দ্রীকৃত হাইড্রোজেন উৎপাদনের ক্ষেত্রে জনপ্রিয়তা অর্জন করছে, বিশেষ করে যেসব স্থানে বাতাস এবং সৌরশক্তির সরবরাহ দিনব্যাপী পরিবর্তিত হয়। এই সিস্টেমগুলি পিইএম (PEM) প্রযুক্তি থেকে আলাদা, যেগুলি বছরখানেক আগে NREL-এর তথ্য অনুযায়ী প্রতি কিলোওয়াটে প্রায় 840 ডলার খরচ করা দামী প্লাটিনাম অনুঘটকের প্রয়োজন হয়, অথবা ঐতিহ্যবাহী ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইসিস যার জন্য সবসময় 70 থেকে 100% ক্ষমতা স্থিতিশীল পরিচালনার প্রয়োজন হয়। হাইটো এইচ এর বিশেষত্ব হল তরল ইলেক্ট্রোলাইট পরিচালনার সহজ পদ্ধতির মাধ্যমে প্রায় 30% পর্যন্ত উদ্ভিদ অবকাঠামোগত খরচ কমানো। কিছু কোম্পানি ইতিমধ্যে এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে দেখেছে যে তাদের হাইড্রোজেন উৎপাদন খরচ পারম্পরিক ক্ষারীয় সেটআপের তুলনায় প্রায় 22% কমেছে যখন তারা তা সৌর বা বায়ু শক্তির অতিরিক্ত উৎপাদনের সাথে সংযুক্ত করে পিক সময়ে। এই এককগুলির মডিউলার প্রকৃতির জন্য 1 মেগাওয়াট থেকে শুরু করে 5 মেগাওয়াট পর্যন্ত ইনস্টলেশন করা যায়, যা এদের বেশ নমনীয় করে তোলে। ইউরোপের বিভিন্ন "হাইড্রোজেন ভ্যালি" প্রকল্পগুলিতে নতুন করে প্রাপ্ত ইলেক্ট্রোলাইজার চুক্তির প্রায় 18% এখন হাইটো এইচ এর অংশীদারিত্ব, যেখানে সাধারণ পরিচালনার 10% থেকে 150% পর্যন্ত আউটপুট স্তর সামঞ্জস্য করার জন্য সরঞ্জামটি প্রায়শই প্রয়োজন হয় সেখানে পিইএম (PEM) বিকল্পগুলি ছাপিয়ে গিয়েছে।

FAQ

AEM ইলেকট্রোলাইজার কী?

একটি এইএম ইলেকট্রোলাইজার, বা অ্যানায়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ইলেকট্রোলাইজার, হাইড্রোজেন উৎপাদনকারী প্রযুক্তির একটি ধরন যা জল বিভাজনের জন্য সাহায্যকারী সলিড পলিমার মেমব্রেন ব্যবহার করে, এবং এর কম তাপমাত্রায় অপারেশনের দক্ষতা এবং মূল্যহীন ধাতব অনুঘটকের ব্যবহারের দ্বারা চিহ্নিত হয়।

হাইটো এইএম ইলেকট্রোলাইজার এবং পিইএম ইলেকট্রোলাইজারের তুলনা কীভাবে হয়?

হাইটো এইএম ইলেকট্রোলাইজারগুলি পিইএম ইলেকট্রোলাইজার থেকে কম খরচের উপকরণ, যেমন নিকেল, এবং হাইড্রক্সাইড-পরিবাহী মেমব্রেনের উপর নির্ভরশীলতার দিক থেকে আলাদা। এর ফলে হাইড্রোজেন উৎপাদন প্রক্রিয়া খরচে কম এবং দক্ষ হয়, যদিও পিইএম সিস্টেমের তুলনায় এর শক্তি দক্ষতা কিছুটা কম।

হাইটো এইএম ইলেকট্রোলাইজার ব্যবহারের সুবিধাগুলি কী কী?

হাইটো এইএম ইলেকট্রোলাইজারগুলি মূলধন এবং পরিচালন খরচ হ্রাস, কম রক্ষণাবেক্ষণ খরচ, এবং উচ্চ গ্যাস পরিশোধন এবং কম শক্তি ক্ষতির সাথে হাইড্রোজেন দক্ষতার সাথে উৎপাদন করার ক্ষমতা প্রদান করে, যা নবায়নযোগ্য শক্তি প্রকল্পের জন্য উপযুক্ত হয়ে ওঠে।

হাইড্রো এ ইএম ইলেকট্রোলাইজারের প্রযুক্তিগত প্রস্তুতি স্তর (টিআরএল) কত?

2024 সাল পর্যন্ত, হাইড্রো এ ইএম ইলেকট্রোলাইজারগুলি টিআরএল 7 থেকে 8-এ রয়েছে, যা নির্দেশ করে যে এগুলি পূর্ণ-স্কেল বাণিজ্যিক ব্যবহারের প্রান্তে উন্নত প্রোটোটাইপ, যার বাস্তব অ্যাপ্লিকেশনে নির্ভরযোগ্যতা এবং দক্ষতা প্রমাণিত হয়েছে।