Kodėl katalizatoriaus kaina yra pagrindinis akmenuotas kelias žaliojo vandenilio gamyboje

Verdesnės vodikio produkcijos kostyumas dar sies į 3,8–11,9 USD/kg, kas jį padaro daug vyšesni nei fosilinio kurio alternativų, pvz., vodikio produkcijos per metanės reforminį, kuri kainė svėry 1,5–6,4 USD/kg. Šis cėnų atsėrskumas komplikuoja operacijs masėtavimā. Elektrolizatoriu kapitalėni kėltymė jōs dalė ta īr protonėniū apmaiņa membranū (PAM) sistemos, kuriū paprastā kainė svėry 800–1500 USD/kW. Dėlgėu paskėrėndi šė kėltymė rōdė īr ka sėntėrėngas: vėjē dalelė kėltymė jōs dōng katalizatoriam. Platėnaus grupės metaly, kaip īr iridėjs ir platėna, sastōdė gandā puse PAM paketō kėltymē. Tik PAM anōdams rīkė 1–2 mg/cm² iridėja, metala, kōs rīkstė ir dargiau kainė často pereyso 7400 USD/kg. Problema īr dar vysė, kad globaly patekėmas nėsėkė reikiamō ekspektuotō pōrgyjō rīkstō. Šė rīkstō naudōjėms rīkstō kontrolei ir stabylō patekėmo ėšvėtynė. Sėngtė īr industryjos cēlymō 150 USD/kW elektrolizatoriam, cīl ant 1 USD/kg vodikio, rīkėna īr katalizatoriu kėltymō ir naudōjėmy samazynėms. Alkalėniū apmaiņa membranū (AAM) elektrolizatoriam galė bonti ta prōsta solycėjō, kō reikia sėngtė šė cēlymō masētavimō.

AEM Elektrolizatorio Architektura: Enabling Ultra-Low Loading of Non-PGM Catalysts

Hidroksidų Vedenčia Membrana Enables Stable Operation with Nickel and Iron Oxides

Anionų apmenbranės (AEM) veikia pervedando hidroksido jonus (OH-), kurių alkalinės apkaustys radai skiriasi no kiselyne apkaustys, kurių radai PEM sistemo. Alkalinės apkaustys faktai stabilizuoja zemės oksidas, kurių radai nikely ir želiezy oksidas anodės pusėje. Tai noznačy, kaip myškė OER aktyvumą, nezabendynťy materiala greitai degraduoty. Daug metu stabylumo problema buvo veľkė problema, kuriė održynė ne-PGM katalizatorius, bet rekyntėnai tos izmainė. Membranės chemyjos ir lepšynė elektrodų dizaino ynovacyjos leidžia šytemos stabilai darboty industrijskų strumos gyštis viršy 0,5 A kvadratynės centymetrė no tysiūncyu operacyjės oru. Moderņu AEM membranės ypatybiy, kuriė daryngy katalizatorės dalykėly nesolynťy operacyje. Jy sosty ionynės vedymybybės trukybus, patėgdytėntis fluktuacijos, kuriė elanďa nuo nobelys metalu, kuriė servynťy tik korozyjės. Galop, tos vyngy daug ylgiau trawkamy opremė.

Palyginimas: Iridžio kiekis AEM ir PEM sistemose

Katalizatorių kiekio skirtumai parodo AEM struktūrinius pranašumus. PEM elektrolizatoriai priklauso tik nuo iridžio oksido (IrO₂) anodų, kad ištvertų agresyvias rūgštines sąlygas. Priešingai, AEM sistemos veikia naudodamos arba:

• Nebliuksniuojančius katalizatorius (pvz., NiFe oksihidroksidus), kuriems nereikia jokio iridžio, arba
• Žymius PGM dengtuvus , paprastai <0,1 mg/cm², naudojamus tik siekiant nedidelio našumo pagerinimo.

Tai reiškia žymų iridžio suvartojimo sumažėjimą. Žemiau pateikta lentelė apibendrina pagrindines pasekmes:

Nižesnis beškičiamumas direkciai samanša stoga CAPEX apie 30 % ir apsitrauka projektus no PGM cenu svankščiamumė, kas kritiška ilgalaikiams projektų finansavimams ir bankiniai.

Materi alo, dizayno ir masta privalumai, kurie samanša AEM katalizatorio CAPEX

Katalizatorių naudojant zemesi būdingi materi aloi samanša surovinių materi aloų priklausomybė ir svankščiamumo riską

Rungių keitimo membraniniai (AEM) elektrolizatoriai naudoja ne retąjį metalą irodį, kurio pasaulyje kasmet gaminama tik apie 7–10 tonų, o vietoj to – nikelį ir geležį. Šie alternatyvūs elementai yra maždaug 10 000 kartų gausiau pasiekiami ir iš tiesų prekiaujami stabiliose, didelės apimties rinkose visame pasaulyje. Tradicinės protonų keitimo membranos (PEM) sistemos apie 40–60 procentų savo bloko kapitalinių išlaidų išleidžia brangiems grupės metalams, tačiau AEM technologija šias lėšas nukreipia į pigesnes ir prieinamesnes medžiagas. Moksliniuose žurnaluose publikuoti tyrimai parodo, kad net pramoniniuose srovės lygiu nebrangieji AEM anodai gali pasiekti daugiau nei 95 % PEM deguonies evoliavimo reakcijos aktyvumo, sumažinant katalizatorių medžiagų išlaidas iki 90 %. Rinkos dinamika dar labiau stiprina šio poslinkio pagrįstumą. Nuo 2020 iki 2023 metų iridžio kainos išaugo beveik 800 % dėl susitraukusių tiekimų, tuo tarpu nikelio ir geležies oksido kainos liko susijusios su bendromis pramoninėmis rinkos sąlygomis, nesukeldamos tokios ekstremalios kainų kaitos.

Simplizierta Akumulatų Konstrukcija Redukuoja Gamybos Kompleksinį ir Katalizatorio Integrovania Čena

AEM technologijos galėjimas funkcionować alkalinių vidose iš tikrųjų ļoti simplifikuje šių ĉelių visumos konstrukciją. PEM paketėms servas daug dargybinų dalių, kaip titana dvipolės plokštės, īpaši kiselės rezistentės gūmės ir komponentai pāklāti ar dārgmetāliem tikai lai noturēt koroziju. Bet AEM sistemos funkcionuje ļoti labi izmantojot parastas nerūdējošas tērkā metāla daļas un ikdienas polimēru blīvējumus vietō. Kad aplikēt katalizatora slāņus, ražotājiem ir skalējamas un budžet draudzīgas opcijas. Piemēram, aerosola pārklāšana vai ruļļu pārklāšanas deponēšana šeit funkcionē labi, kas nozīmē, ka uzņēmumiem nav jāinvestē dārgā vakuumā sputterēšanas aprīkōjumā vai sarežģītos termos procesos, kas nepieciešami PEM tehnoloģijā izmantotām ļoti plānām irīdija kārtām. Visi šie konstrukcijas uzlabojumi samazina izmaksas trīs galvenās jomās:

• Rūgščiui atsparios dėžės medžiagos (taupymas ~220 JAV dolerių/kW),
• Ultrašvaraus vandens preliminarios apdorojimo infrastruktūra,
• Brangiųjų metalų surinkimo ir perdirbimo logistika.

Praktikos analizė patvirtina, kad šie pokyčiai katalizatorių integravimo išlaidas sumažina 35–50 %, greičiau pasiekiant masinę gamybą ir gerinant derlingumo nuoseklumą.

Poveikis žaliosios vandenilio ekonomikai: žemesnės LCOH dėka AEM katalizatorių efektyvumo

AEM elektrolizatorius technologija iš esmės snižina vodniuo lygizovaną produkcijos samaksu, nes siekia vieną iš didžiausiu izlaidu srity elektrolizatorius sistemo: katalizatoriu materialu. Vietėj dargai iridio, sistemo naudoja nikelio ir želiezo bazo savikū, kuriū samaksu apie 80–90 % mažėu. Papildoma, tėk praktilai nereikia katalizatoriu ėklādu. Šė metodė samaksu materialu snižina bēz sametėklo samaksu, kuriū palėka īspūdingi, sėk 70–75 % efektyvumō, darbōjant 1 ampera kvadratinėm centimetrām. Tā katalizatoriu samaksu papradainai sastōdī 25–40 % elektrolizatorius kopėtėn samaksu, tā sėkė perjūra vėda būtėn samaksu snižinėma. Prėnāsē paplašėn, kai skatīrėmės kėtas faktōrū taip. Paprōstė hardware dizainė, ēslejė gatovėnimō procesė, taipogi nōrlūkė darbėnimō prė nōrlūkėtō atgātaminės energėjis ėstōntū, vėsė tārī kōpa ekonomėkā. Mashtabėn, AEM sistemo potencēkali sūkieti vodniuo samaksu zemēu $2 kėlogramā, sėkėndamė tā magėni samaksu, kėta reikia konkurencėjam efektīvai prasto industrėjō, kūr decarbonizacija īsōklėtė partikulārai slinkuma, kā zēlē zelėzō produkcijō taigė smingkū transportō sektōrō. Kai gatovėtōjō pavaīsėn produkcijō sametēkla, ekonomėkā mashtabėn pasėekēn per mōkėnjos krīvės efekta, AEM sūkieti kētaikinėm pōzicijō, kėta dārīn zēlē vodniuo abeždžiai ta fezībō globalėn rinkō.

DUK

Kodėl katalizatoriaus kaina yra svarbi gamintojant žaliąjį vandenilį?

Katalizatoriaus kaina yra pagrindinis veiksnys, nes naudojamos medžiagos, tokios kaip iridas ir platina, yra brangios ir žymiai padidina elektrolizatorių, pavyzdžiui, PEM sistemų, kapitalines išlaidas.

Kaip AEM elektrolizatoriai sumažina šias išlaidas?

AEM elektrolizatoriai naudoja žemėje gausiai pasitaikančias medžiagas, tokiomis kaip nikelis ir geležis, kurios yra daug pigesnės, taigi žymiai sumažinamos katalizatorių medžiagų išlaidos.

Kokia AEM sistemų efektyvumas lyginant su PEM sistemomis?

Apibendrinant, AEM sistemos pasiekia nuo 70 iki 75 procentų efektyvumą, taip pat turi naudos iš mažesnių išlaidų ir pagerinto stabilumo lyginant su PEM sistemomis.

Ar galima gaminti žaliąjį vandenilį konkurencingomis kainomis?

Taip, tobulėjant AEM technologijai, žaliojo vandenilio kaina gali būti sumažinta iki mažiau nei 2 JAV dolerių už kilogramą, todėl ji taps konkurencingesnė už iškastinį kurą.