Kainos ir našumo santykis mastu: pradinės investicijos (CAPEx), eksploatacinės sąnaudos (OPEx) ir vienos kilovatvalandės vandenilio gamybos sąnaudos (LCOH) mažesniems nei 100 kW AEM ir PEM sistemoms

Pradinių investicijų (CAPEx) veiksniai: membranos kaina, katalizatoriaus kiekis ir pagrindinės įrangos (BoP) supaprastinimas AEM sistemoje

Šarminės keitimo membranos (AEM) elektrolizatoriai žymiai sumažina pradines sąnaudas, nes brangius platino grupės metalus pakeičia pigesniais nikelio ir geležies katalizatoriais. Vien šis pakeitimas sumažina anodo medžiagų sąnaudas nuo 60 iki 70 procentų lyginant su protonų keitimo membranos (PEM) sistemomis. Patys membranų gamybos kaštai yra maždaug 40–60 procentų žemesni, nes joms nereikia tų brangių perfluorintų polimerų. Be to, bendra sistemos projektavimo sudėtingumas yra mažesnis: nereikia visų tų brangių titano detalių ar sudėtingų ultrašvaraus vandens cirkuliacijos sistemų, kuriomis remiasi daugelis kitų sistemų. Visi šie veiksniai kartu reiškia, kad AEM elektrolizatorių kapitalinės sąnaudos gali sumažėti iki mažiau nei 1500 JAV dolerių už kilovatą, kai gamyba bus padidinta. Tai žymiai mažiau nei šiuo metu PEM technologijos kapitalinės sąnaudos – apie 2147 JAV dolerių už kilovatą, kaip rodo įvairūs pramonės tyrimai, analizuojantys skirtingų elektrolizės technologijų ekonomiką.

OPEx jautrumas: elektros energijos naudingumo koeficientas, vandens grynumo tolerancija ir techninės priežiūros dažnumas

AEM sistemos kelis svarbius būdais sumažina eksploatacijos sąnaudas. Pirma, jos veikia gerai net tada, kai vanduo nėra tokio gryno, kokio reikalauja PEM sistemos. AEM sistemos gali naudoti vandenį, kurio laidumas viršija 1 mikrosiemensą centimetre, tuo tarpu PEM sistemoms reikia vandens, kurio laidumas artimas 0,1 mikrosiemensui centimetre. Tai reiškia, kad įmonės išleidžia apie 15–30 procentų mažiau pinigų vandens pirminiam valymui. Kitas svarbus veiksnys – šių sistemų efektyvumas dalinės apkrovos sąlygomis. Naujausi patobulinimai padidino jų įtampų naudingumo koeficientą iki 67–74 procentų, kas iš tikrųjų artina jas prie PEM sistemų diapazono – 56–70 procentų. Taip pat svarbu katalizatorių tarnavimo trukmė. AEM elementų blokai tarnauja žymiai ilgiau nei PEM sistemos, paprastai apie 8000 valandų prieš reikiant techninės priežiūros, o PEM sistemoms standartinis ciklas yra 5000 valandų. Ilgesni tarpai tarp techninės priežiūros reiškia mažiau darbo valandų, skirtų remontui, mažesnę reikiamų keičiamųjų detalių poreikį ir, svarbiausia, mažesnį gamybos laiko praradimą dėl sistemos neveikimo.

Lyginamasis vandenilio gamybos kaštų rodiklis (LCOH) realistinėmis mažosios galios veiklos sąlygomis

Kai kalbama apie sistemų, kurios veikia atsinaujinančiais energijos šaltiniais, kurių prieinamumas nėra nuolatinis, ir kurių galia yra mažesnė nei 100 kW, AEM technologija siūlo vandenilio lyginamąją gamybos kainą nuo 2,50 iki 5,00 JAV dolerių už kilogramą. Ši kaina yra panaši į PEM technologijų kainas (nuo 2,34 iki 7,52 JAV dolerių už kilogramą), tačiau dažniausiai AEM technologijoms suteikia pranašumą. Kodėl? Šiam pranašumui prisideda keletas veiksnių. Pirma, AEM sprendimų kapitaliniai išlaidų dydžiai paprastai būna žemesni. Be to, šios sistemos išlaiko gerą naudingumo koeficientą net tada, kai apkrovos sąlygos keičiasi dažnai. Taip pat negalime pamiršti ir ilgaamžiškumo. Dabartiniai bandymai rodo, kad AEM elementų rinkiniai realiomis eksploatacijos sąlygomis išlieka stabilūs daugiau nei 10 000 valandų. Perspektyvoje kai kurios prognozės teigia, kad jų tarnavimo trukmė gali siekti net 80 000 darbo valandų, tuo tarpu PEM analogų – tik apie 40 000–60 000 valandų. Tokia ilgaamžiškumas labai sumažina bendrą vandenilio gamybos kainą už kilogramą laikui bėgant.

Katalizatorių ir medžiagų pranašumai: ne-PGM AEM prieš PGM-priklausomus PEM

Ni/Fe katalizatoriai AEM leidžia naudoti pigesnius, mastelio keičiamus anodus

AEM elektrolizatoriai remiasi natūroje dažnai pasitaikančiais nikelio–geležies katalizatoriais, o ne brangiais iridžio ar platinos elektrodais. Šis pakeitimas pašalina tuos nepatogius tiekimo grandinės problemas ir žymiai sumažina anodo katalizatorių sąnaudas – iki maždaug 32 JAV dolerių už kilovatą. Tai žymiai pigiau nei PEM sistemų kaina – 140 JAV dolerių už kilovatą. Nikelio–geležies mišinys išlaiko sistemos naudingumo koeficientą apie 70–80 procentų. Be to, jis puikiai tinka ritininiam gamybos būdui ir išlieka stabilus net tada, kai veikla vyksta ne nuolat. Šios savybės daro AEM technologiją ypač tinkamą gamybos mastelio didinimui be reikalingumo statyti centrinės paskirties įrenginius.

Membranos stabilumas ir dvipolių plokščių suderinamumas kintamos apkrovos ir žemo grynumo sąlygomis

Anijonų mainų membranos (AEM) veikia pernešdamos hidroksido jonus vietoj protonų, todėl jos gali veikti su pigesniais nerūdijančiojo plieno dvipolių plokštelių, o ne brangiais titano komponentais. Be to, šios membranos mažiau jautrios priemaišoms vandenyje nei kitos sistemos, todėl nereikia tokio gryno maitinimo medžiagų šaltinio. Veikimo temperatūros diapazonas yra apytiksliai nuo 50 iki 80 laipsnių Celsijaus, todėl jos yra ganėtinai atsparios įtampų smūgiams, kuriuos dažnai sukelia atsinaujinančios energijos šaltiniai, pvz., saulės baterijos ar vėjo jėgainės. Ankstyvosios šarminių membranų versijos kadaise turėjo rimtų cheminių skilimo problemų laikui bėgant. Tačiau po 2023 m. gamintojai žymiai pagerino jų stabilumą, todėl situacija radikaliai pasikeitė. Dabar lauko bandymai rodo, kad šios patobulintos membranos tarnauja gerokai ilgiau nei 10 tūkst. veikimo valandų net esant kintamoms apkrovoms ir realiomis sąlygomis.

Veiklos lankstumas atsinaujinančiųjų energijos šaltinių integravimui: dinaminis atsakas ir efektyvumas mažo apkrovos režimu

AEM aukštesnė stabilumo našumas mažo apkrovos režimu ir greitesni galios kėlimo rodikliai su kintamu saulės / vėjo įėjimu

AEM elektrolizatoriai gali išlaikyti pastovią įtampų naudingumo našumą net tada, kai veikia tik 10–20 procentų nuo maksimalios galios, kas žymiai žemiau nei įprastai PEM sistemoms – jų minimalus darbo diapazonas paprastai yra apie 30 procentų. Tai daro AEM technologiją ypač tinkama tiesioginiam prisijungimui prie natūraliai kintamų atsinaujinančiųjų energijos šaltinių. Šios sistemos pasiekia pilną galios išvestį per apytiksliai 30 sekundžių – beveik dvigubai greičiau nei standartinės PEM modelių sistemos. Be to, jos išlaiko virš 98 procentų įtampų stabilumą net tais sudėtingais momentais, kai vėjas nurimsta arba debesys užstoja saulės baterijas. Greitas reakcijos laikas reiškia mažesnį bendrą energijos švaistymą ir sumažina brangias energijos kaupimo sistemas, kurios yra būtinos mažesnių mastų įrenginiams, kai svarbiausia yra tiek ribotas plotas, tiek biudžetas.

Sistemos projektavimo privalumai decentralizuotam diegimui: vietos užimtumas, moduliškumas ir BoP paprastumas

Vieno sluoksnio AEM architektūra sumažina vietos užimtumą ir leidžia įdiegti „plug-and-play“ modulius

AEM elektrolizatoriai turi integruotą vieno sluoksnio elementų konstrukciją, kuri sumažina reikalingą fizinę vietą apie 40 % lyginant su daugiasluoksnių PEM sistemomis. Tai daro juos idealiais vietoms, kur trūksta vietos, pvz., stoguose, pramonės teritorijose arba nuošaliuose regionuose. Supaprastinta vamzdžių sistema ir mažiau jungčių reiškia mažesnį augalinės įrangos komponentų sudėtingumą ir sutaupo apie 30 % susijusių išlaidų. Be to, šiuos standartinius modulius galima lengvai sujungti vieną su kitu, todėl, kai reikia, papildoma galia gali būti pridėta paprastai. Realiose įrengimo vietose nustatyta, kad įrengimo laikas yra maždaug dvigubai trumpesnis nei anksčiau, o techninės priežiūros personalui reikia žymiai mažiau vietos dirbant su šiomis sistemomis. Šie praktiniai privalumai tampa ypač vertingi kurdami decentralizuotus vandenilio tinklus skirtingose vietose.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokius medžiagų AEM sistemos naudoja vietoj platino grupės metalų?

AEM sistemos naudoja nikeliu ir geležimi pagrįstus katalizatorius, kurie yra pigesni ir dažnesni nei platino grupės metalai.

Kaip AEM sistemos naudingos įmonėms, kalbant apie vandens grynumą?

AEM sistemos gali apdoroti vandenį su didesniu laidumu, todėl pirminės apdorojimo sąnaudos sumažėja 15–30 procentų lyginant su PEM sistemomis.

Koks yra tipiškas AEM elementų bloko tarnavimo laikas?

AEM elementų blokai paprastai tarnauja apie 10 000 darbo valandų, o prognozės rodo, kad ateityje jie galėtų tarnauti iki 80 000 valandų.

Kodėl AEM sistemos laikomos tinkamomis decentralizuotai diegimui?

AEM sistemos turi vieno sluoksnio architektūrą, kuri sumažina jų užimamą plotą ir padidina moduliškumą, leisdama lengvai diegti „įkišk ir veik“ principu, todėl jos yra tinkamos vietoms su ribotu erdvės kiekiu.