Comparație privind eficiența energetică: sistemele Enapter AEM vs PEM

Eficiența la tensiune și pierderile energetice la nivel de sistem

Electrolizorii AEM de la companii precum Enapter funcționează la tensiuni celulare mult mai scăzute comparativ cu sistemele PEM, ceea ce reduce aceste pierderi ohmice cu aproximativ 15–20%, conform rezultatelor obținute recent în testele la nivel de stivă. Sistemele PEM ating, totuși, valori destul de bune pentru eficiența de tensiune, între 75 și 85%, atunci când folosesc acești catalizatori sofisticați din grupul platinelor. Dar există o problemă: deoarece PEM funcționează într-un mediu acid, necesită componente costisitoare din titan în întreaga structură a sistemului auxiliar (balance of plant), ceea ce adaugă un consum suplimentar de energie. Enapter evită această problemă prin proiectarea sa modulară, care include conversia integrată a energiei electrice. Această abordare ajută la evitarea pierderilor obișnuite de energie de 8–12%, care apar în configurațiile standard PEM atunci când acestea funcționează la o capacitate sub cea nominală.

Impactul temperaturii și presiunii de funcționare asupra randamentului Faradaic

Când temperaturile depășesc 60 de grade Celsius, sistemele PEM încep să-și piardă eficiența Faradaic, deoarece hidrogenul tinde să treacă mai rapid prin membrană la temperaturi mai ridicate, ceea ce limitează în mod semnificativ flexibilitatea termică a acestor sisteme. Pe de altă parte, tehnologia de electrolizor AEM a Enapter menține o eficiență curentă de peste 98 la sută în intervalul de temperaturi de la 30 la 50 de grade Celsius, datorită ionilor de hidroxid stabili care conduc prin sistem. Aceasta înseamnă că aceste sisteme pot urmări eficient variațiile de sarcină chiar și atunci când sursele de energie regenerabilă fluctuează, iar performanța nu scade în timpul schimbărilor rapide de temperatură. Un alt mare avantaj este acela că membranele PEM necesită presiuni cuprinse între 30 și 200 de bari pentru a preveni pierderile prin permeație. Acest lucru implică un consum suplimentar de energie de aproximativ 5–7 la sută doar pentru lucrul de compresie, comparativ cu configurația mult mai simplă, la presiune atmosferică, a sistemelor AEM.

Cerințe privind întreținerea și fiabilitatea operațională

Degradatarea catalizatorului în medii acide (PEM) versus medii alcaline (AEM)

Electrolizorii cu membrană de electrolit polimeric (PEM) necesită acei catalizatori sofisticați din metale nobile, cum ar fi iridiul și platină, pentru a face față mediului lor de funcționare extrem de acid. Din păcate, aceste metale se degradează destul de rapid prin coroziune și sunt otrăvite de monoxidul de carbon. Conform observațiilor noastre din teren, înlocuirea acestor catalizatori reprezintă aproximativ 30 % sau mai mult din întreaga cheltuială de întreținere în doar cinci ani de funcționare. Sistemele cu membrană de schimb alcalin (AEM) funcționează însă în mod diferit. Ele operează în condiții alcaline, ceea ce permite producătorilor să utilizeze catalizatori pe bază de nichel, mai ieftini și mult mai durabili. Rata de degradare este cu aproximativ 40 % mai mică comparativ cu sistemele PEM. De ce? Pentru că stresul oxidativ exercitat asupra electrozilor este pur și simplu mai redus. Acest lucru înseamnă perioade mai lungi între intervențiile de întreținere necesare și mai puține opriri neplanificate. Iar atunci când instalațiile rămân în funcțiune mai mult timp, producția de hidrogen devine mult mai fiabilă în ansamblu.

Sensibilitatea la incrustare, puritatea apei de alimentare și gestionarea integrată a apei în sistemele AEM

Electrolizorii cu membrană de schimb de protoni (PEM) necesită apă atât de pură încât rezistivitatea acesteia să fie de cel puțin 18 megaohm-centimetri, pentru a preveni probleme precum înfundarea membranei și deteriorarea permanentă a catalizatorilor. Aceasta înseamnă instalarea unor sisteme complexe de deionizare în mai multe etape, care consumă de fapt aproximativ 15% din puterea auxiliară necesară funcționării. Membranele de electroliză alcalină (AEM) suportă mult mai bine niveluri moderate de impurități, ceea ce face procesul de pretratare semnificativ mai simplu decât metodele tradiționale. Sistemele Enapter includ o tehnologie inteligentă de gestionare a apei care reglează automat intensitatea necesară a procesului de purificare, în funcție de impuritățile detectate în apa de intrare. Această inovație reduce lucrările de întreținere cu aproximativ 25%, reducând în special frecvența înlocuirii filtrelor și a procedurilor de curățare a membranei. În plus, rezistența naturală a membranelor alcaline la înfundare contribuie la menținerea unei performanțe stabile în timp, necesitând foarte puțină intervenție manuală din partea operatorilor.

Durabilitatea materialelor și costul total de proprietate pentru electrolițatorii Enapter AEM

Tehnologia AEM de la Enapter oferă o durabilitate superioară și costuri mai mici comparativ cu opțiunile PEM, deoarece utilizează catalizatori din metale nevalorifice și funcționează într-un mediu alcalin mai puțin agresiv. Sistemele PEM necesită iridiu, care costă în prezent aproximativ 150 USD pe gram. Aceasta nu este doar o soluție scumpă, ci și una dificil de obținut, datorită fluctuațiilor semnificative ale aprovizionării. În plus, condițiile acide deteriorează materialele în timp. Tehnologia AEM evită această problemă trecând la catalizatori pe bază de nichel, ceea ce reduce cheltuielile legate de materiale cu aproximativ 60 la sută. Diferența se reflectă și în durata de viață a acestor sisteme. Cele mai multe unități PEM încep să cedeze între 10 și 15 ani, în timp ce Enapter proiectează electrolițatorii săi AEM pentru a funcționa în mod fiabil timp de peste 20 de ani consecutivi.

Analiza costurilor de capital evidențiază diferențele semnificative dintre aceste tehnologii. Sistemele PEM au, în mod tipic, un cost cuprins între 900 și 1.500 USD pe kilowatt, ceea ce reprezintă aproape dublul costului sistemelor AEM, care se situează în intervalul de 500–800 USD pe kW. Deși sistemele PEM au un ușor avantaj în ceea ce privește eficiența maximă, tehnologia AEM se distinge prin capacitatea sa de a prelucra apă cu impurități, fără a necesita procese complexe de pretratare. Aceasta înseamnă, de asemenea, o frecvență mai redusă a întreținerii pe parcursul timpului. Analiza industrială a costurilor de producție a hidrogenului arată că tehnologia AEM a Enapter produce hidrogen la aproximativ 2,09 USD pe kilogram, cu circa 25 % mai ieftin decât sistemele tradiționale PEM. De ce? Pentru că membranele AEM au o durată de viață mai lungă, proiectarea echilibrului instalației („balance of plant”) este mai simplă și este necesară o cantitate mai mică de muncă pentru menținerea funcționării lor eficiente pe întreaga durată de viață. Toate aceste economii de cost plasează tehnologia AEM într-o poziție favorabilă pentru scalare ușoară și stabilitate financiară, chiar și în contextul dezvoltării continue a proiectelor de hidrogen verde.

Întrebări frecvente

Care este diferența principală dintre electrolizerul AEM și cel PEM?

Diferența principală constă în tipul de mediu în care funcționează. Electrolizerul AEM funcționează în condiții alcaline și utilizează catalizatori pe bază de nichel, în timp ce sistemele PEM funcționează în medii acide, folosind catalizatori din metale nobile, cum ar fi iridiul și platină.

De ce sunt considerate electrolizerul AEM mai eficiente energetic?

Electrolizerul AEM funcționează la tensiuni celulare mai scăzute, reducând pierderile ohmice și eliminând consumul de energie asociat componentelor costisitoare necesare sistemelor PEM. Acest lucru duce la o funcționare mai eficientă energetic.

Cum se compară nevoile de întreținere între sistemele AEM și cele PEM?

Sistemele PEM implică costuri mai mari de întreținere datorită degradării catalizatorilor în condiții acide, în timp ce sistemele AEM beneficiază de rate mai lente de degradare și de o întreținere mai puțin frecventă, datorită funcționării în condiții mai puțin agresive.

Care sunt implicațiile privind costurile utilizării sistemelor AEM în locul celor PEM?

Sistemele AEM sunt, în general, mai ieftine deoarece folosesc materiale mai ușor de obținut, cum ar fi nichelul, și au o concepție mai puțin complexă, ceea ce duce la costuri de investiții mai mici și la reducerea cheltuielilor operaționale pe termen lung.