Az Enapter stratégiai fókusza az anioncserélő membrán (AEM) technológiára

Az AEM szerepe az Enapter zöld hidrogén iránti víziójában

Az Enapter erősen az anioncserélő membrán (AEM) technológiára támaszkodik, hogy hatékonyan állítson elő zöld hidrogént víz elektrolízis útján. Az AEM különlegessége abban rejlik, hogy ötvözi a hagyományos lúgos rendszerek költséghatékonyságát a PEM-ekhez hasonló rugalmassággal különböző üzemeltetési körülmények között. Ez a kombináció lehetővé teszi a jobb méretezhetőséget megújuló energiaforrásokkal, ami különösen fontos, mivel a tavalyi IEA-adatok szerint a hidrogén potenciálisan az összes globális energiaigény körülbelül 18%-át fedezheti majd 2050-re. Olyan termékek, mint az AEM Flex 120, jelentősen felgyorsítják a folyamatot, mivel moduláris egységekből állnak, amelyek egyszerűen összekapcsolhatók, így sokkal könnyebb ipari méretekben kialakítani a hidrogén infrastruktúrát úgy, hogy közben ne legyen túl drága.

Az Enapter pozíciója a globális AEM-elektrolizáló piacon

A piaci előrejelzések szerint a világszerte működő AEM-elektrolízis szektor 2033-ra eléri az egymilliárd-200 millió dolláros piaci értéket, és évente körülbelül 9 százalékkal bővül a 2023-as iparági jelentések szerint. Az Enapter jelenleg valahol 12 és 15 százalék között mozog ezen a specializált piacon, amit saját membrán-elektród technológiájának és leegyszerűsített gyártási módszereinek köszönhet. A kereslet nagy része az Ázsia-Csendes-óceáni régióból származik, amely a teljes értékesítés körülbelül 40 százalékáért felelős, elsősorban Kína hatalmas hidrogén infrastruktúra-fejlesztései miatt. Eközben Európában a vállalatok inkább kisebb léptékű projektekre koncentrálnak, mint például járművek hidrogén töltőállomásai. Napelemes és szélerőművek üzemeltetőivel együttműködve az Enapter kulcsszerepet játszik abban, hogy az országok elérjék ambiciózus környezetvédelmi célokat, különösen azt a nemzetközi szervek által kitűzött célt, hogy a jelenlegi évtized végére évente 110 millió tonna tiszta hidrogént állítsanak elő.

AEM integrálása PGM-mentes katalizátorokkal költséghatékony hidrogén előállítás céljából

A drága nemesfémek csoportjának kiváltása nikkel-vas katalizátorokkal lehetővé tette az Enapter számára, hogy anyagköltségeit körülbelül 60–70 százalékkal csökkentse, miközben a rendszer hatásfoka továbbra is körülbelül 75–78 százalékon maradt. A legújabb membrántechnológiájukat tekintve ezek az eszközök körülbelül 2 amper négyzetcentiméterenkénti áramsűrűséget érhetnek el mindössze 1,8 volt feszültségnél, közben olyan anyagokat használva, amelyek valójában meglehetősen gyakoriak a természetben. Ez 35 százalékos javulást jelent az első generációs modellekhez képest. Mit jelent mindez a gyakorlatban? Ideális körülmények között ez alacsonyabbá teszi a hidrogén előállításának költségét három dollár kilogrammja alá, ami lehetőségeket nyit olyan iparágak számára, amelyek csökkenteni szeretnék szén-dioxid-kibocsátásukat anélkül, hogy kormányzati támogatásoktól lennének függők. Emellett az egész rendszer jól működik megújuló energiaforrásokkal, például napelemekkel és szélturbinákkal. Akkor is, ha ezekről a forrásokról nem érkezik elegendő energia, a rendszer zavartalanul folytatja működését.

Az Enapter PGM-mentes AEM-elektrolizátorainak teljesítménye és hatékonysága

Hatékonyságnövekedés nem nemesfém katalizátorok használatával AEM rendszerekben

A PGM-mentes AEM-elektrolizátorok az Enaptertől körülbelül 8–12 százalékkal hatékonyabbak, mint a régi típusú lúgos rendszerek, ezt igazolta a International Journal of Hydrogen Energy 2023-ban közzétett kutatása. Ez a javulás a speciális nikkellisztes katalizátoroknak köszönhető, amelyek feszültséghatékonyságát 74% felett tartják akkor is, ha 1 A/cm²-es áramerősséggel működnek. Mi teszi ezeket a katalizátorokat ennyire jóvá? Költségeiket körülbelül 90%-kal csökkentik azokhoz a drága PEM-rendszerekhez képest, amelyek nagy mennyiségű irídiumra és platinára szorulnak. Érdekes dolgok történnek a kobalt-mangán-oxidokkal is: ezek valójában 180 millivolttal csökkentik az áthidalandó túlfeszültséget a hagyományos lúgos elektródokhoz képest. És itt jön egy igazán gyakorlati előny: az Enapter tervezése során kialakított elem csak negyedannyira kopik, mint a PEM-cellák indítási és leállási folyamatok során. Ez azt jelenti, hogy ezek az elektrolizátorok sokkal jobban kezelik a napenergia- és szélerőművekhez hasonló megújuló energiaforrások ingadozásait anélkül, hogy hamarabb meghibásodnának.

Ioncserélő Képesség és Mechanikai Szilárdság Vékonyfilmes AEM-ekben

Az Enapter vékonyfilmű AEM-elemek vastagsága 40 és 60 mikrométer között van, és sikerül ötvözniük a lenyűgöző, 3,2 mmol/g alatti ioncserélő kapacitást a kiváló, 30 MPa feletti szakítószilárdsággal. Ez a kombináció olyan kicsi, de elég erős cellákat eredményez, amelyek alkalmasak valós alkalmazásokra. Amikor 8000 órán keresztül tesztelték őket 80 °C-os lúgos környezetben, ezek a membránok még mindig megőrizték eredeti vezetőképességük körülbelül 93%-át. Ez a tavaly a Materials Today Energy folyóiratban közzétett kutatás szerint szilárd 25%-os javulást jelent az előző AEM-technológiákhoz képest. Különleges keresztkötési technikájuknak köszönhetően a duzzadás kevesebb, mint 15%, még tömény kálium-hidroxid-oldatok hatására is. Ennek eredményeként alakjukat és integritásukat akár 50 bar nyomáskülönbség hatására is megtartják. Mindezen tulajdonságok lehetővé teszik, hogy a stack teljesítménysűrűsége meghaladja a 4,5 wattot négyzetcentiméterenként, ami körülbelül 40%-kal jobb, mint a korai prototípusos modellek esetében elérhető érték volt.

Nulla résű AEM-elektrolizátorrendszerek tervezése és ipari méretű kibővítése

Kompakt, magas hatásfokú elektrolizátor architektúrák tervezése

Az Enapter fejlesztett egy nulla résű AEM-elektrolizátort, amely kb. 85%-os stack hatásfokot ér el köszönhetően a 100 mikronnál vékonyabb speciális membránoknak, valamint az okosan optimalizált katalizátorrétegeknek. Ez a felépítés körülbelül 40%-kal csökkenti az ionos ellenállást a hagyományos lúgos rendszerekhez képest, ahogyan azt a Fraunhofer Intézet 2024-es kutatása is igazolta. Ami még inkább kiemeli ezt a technológiát, az a speciális áramlásirányító (flow field) kialakításuk, amely lenyűgöző áramsűrűségeket ér el 2 volton, miközben minimálisra tartja a gázok átjutását a kompartmentek között. Az egész rendszer a gázáthaladási rátát 2% alatt tartja, miközben kb. 30%-kal kevesebb helyet foglal el, mint hasonló PEM-rendszerek a mai piacon.

Moduláris tervezés és skálázhatóság kereskedelmi bevetéshez

A szabványosított 1 MW-os AEM modulok lehetővé teszik a több MW-os telepítéseket, mivel ezeket a préselt bipoláris lemezeket használják a gázdiffúziós rétegek automatizált összeszerelésével együtt. A terepen valódi próbaüzemekből származó adatokat vizsgálva körülbelül 92 százalékos üzemidőt látunk 12 ezer üzemóra alatt. Érdekes, hogy milyen gyorsan reagálnak ezek a rendszerek – változó megújuló energiaellátás esetén legfeljebb körülbelül tizenöt perc alatt. Amikor nagyobb projektekről beszélünk, mondjuk 10 MW felettiekre, a költségek jelentősen csökkentek. A beruházási költségek jelenleg körülbelül 500 USD/kW körül vannak, ami jelentős csökkenést jelent az előző évben a Hydrogen Council jelentéseiben 2022-hez képest megfigyeltekhez képest.

Esettanulmány: Többstackes AEM-elektrolizáló integráció európai projektekben

Németország Rajna-vidék–Pfalz tartományában található egy 4,8 megawattos létesítmény, amely tizenkét 400 kilowattos AEM-stakot kombinál már meglévő biogáz-rendszerekkel. Ez az összeállítás évente körülbelül 650 tonna zöld hidrogént állít elő, ráadásul a működési költségek nagyjából fele annyik, mint a hagyományos lúgos eljárásoké. Az üzem egy speciális hibrid hűtőrendszerrel is rendelkezik, amely akár 60 százalékkal csökkenti a vízfogyasztást. A rendszer szélein elhelyezett biztonsági szelepek megakadályozzák, hogy a membránok kiszáradjanak, amikor a rendszer nem teljes terheléssel üzemel, így növelve az egész üzem élettartamát, és csökkentve a gyakori karbantartás vagy alkatrészcsere szükségességét.

GYIK

Mi teszi különlegessé az Enapter által használt AEM-technológiát?

Az Enapter AEM-technológiája ötvözi a hagyományos lúgos rendszerek költséghatékonyságát a protoncserélő membránok (PEM) működési előnyeivel, így jobb skálázhatóságot biztosít a megújuló energiaforrásokkal.

Hogyan járul hozzá az Enapter AEM-elektrolízis technológiája a költséghatékony hidrogén előállításhoz?

Az Enapter jelentősen csökkentette az anyagköltségeket a drága platina csoportú fémek helyett nem nemesfém katalizátorok, például nikkel-vas alkalmazásával, miközben a rendszer hatásfoka 75–78% között marad.

Milyen előnyökkel rendelkeznek az Enapter PGM-mentes elektrolizálói?

Az Enapter PGM-mentes elektrolizálói javított hatásfokot, alacsonyabb költségeket és jobb tartósságot mutatnak a hagyományos lúgos rendszerekhez képest, így kiválóan alkalmasak a megújuló energiaforrások változékony jellegének kezelésére.

Mennyire skálázhatók az Enapter AEM-elektrolizáló rendszerei?

Az Enapter moduláris tervezése és szabványosított 1 MW-os AEM moduljai skálázható telepítéseket tesznek lehetővé, amelyek több megawattos projektek elérését és a csökkentett tőkeköltségek mellett hatékony üzemeltetést eredményeznek.