Стратегический фокус Enapter на технологии анионообменной мембраны (AEM)

Роль технологии AEM в концепции зелёного водорода компании Enapter

Компания Enapter в значительной степени полагается на технологию анионообменных мембран (AEM) для эффективного производства зелёного водорода путём электролиза воды. Особенность AEM заключается в сочетании доступности традиционных щелочных систем и при этом обеспечении характеристик, близких к PEM, в плане стабильной работы в различных условиях. Такое сочетание позволяет лучше масштабировать системы с использованием возобновляемых источников энергии, что особенно важно, поскольку, по данным МЭА за прошлый год, к 2050 году водород может обеспечить около 18% мировых энергетических потребностей. Продукты, такие как AEM Flex 120, значительно ускоряют внедрение, поскольку они поставляются в виде модульных блоков, которые легко соединяются между собой, что существенно упрощает создание водородной инфраструктуры в промышленных масштабах без чрезмерных затрат.

Позиция Enapter на глобальном рынке AEM-электролиза

Прогнозы рынка предсказывают, что сектор электролиза AEM во всем мире достигнет примерно 1,2 миллиарда долларов к 2033 году, расширяясь примерно на 9 процентов каждый год, согласно недавним отраслевым отчетам за 2023 год. В настоящее время Enapter контролирует от 12 до 15 процентов этого нишевого рынка благодаря своей собственной технологии мембранного электрода в сочетании с оптимизированными методами производства. Основной спрос исходит из региона Азиатско-Тихоокеанского региона, на который приходится около 40 процентов общего объема продаж, в основном из-за масштабных инвестиций в водородную инфраструктуру в Китае. Между тем в Европе компании уделяют больше внимания проектам небольшого масштаба, таким как станции водородной заправки для транспортных средств. Сотрудничая с операторами солнечных и ветровых электростанций, Enapter играет ключевую роль в помощи странам в достижении амбициозных экологических целей, в частности цели, установленной международными организациями, — производить 110 миллионов тонн чистого водорода ежегодно к концу этого десятилетия.

Интеграция AEM с катализаторами без использования платины для экономически эффективного производства водорода

Замена дорогостоящих металлов платиновой группы на никелевые и железные катализаторы позволила компании Enapter сократить расходы на материалы примерно на 60–70 процентов, при этом сохранив эффективность системы на уровне около 75–78%. Благодаря новейшей мембранной технологии эти устройства способны достигать плотности тока около 2 ампер на квадратный сантиметр всего при 1,8 вольта, используя при этом материалы, которые широко распространены в природе. Это на 35% выше по сравнению с первым поколением моделей. Что это значит для практического применения? Это позволяет снизить стоимость производства водорода до менее чем трёх долларов за килограмм в идеальных условиях, что открывает возможности для отраслей, стремящихся сократить выбросы углекислого газа без зависимости от государственных субсидий. Кроме того, вся система хорошо работает с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные панели и ветряные турбины. Даже при недостатке поступающей от этих источников мощности система продолжает работать стабильно, без перебоев.

Производительность и эффективность электролизеров Enapter с мембраной AEM без использования платиновых групп металлов

Повышение эффективности за счёт применения катализаторов из неблагородных металлов в системах AEM

Электролизеры AEM без использования PGM от компании Enapter работают примерно на 8–12 процентов эффективнее, чем традиционные щелочные системы, согласно исследованию, опубликованному в International Journal of Hydrogen Energy ещё в 2023 году. Такое повышение эффективности обеспечивается благодаря их специальным катализаторам на основе никеля и железа, которые поддерживают эффективность по напряжению выше 74 % даже при плотности тока 1 А на квадратный сантиметр. В чём заключается преимущество этих катализаторов? Они снижают затраты примерно на 90 % по сравнению с дорогостоящими системами PEM, требующими значительного количества иридия и платины. Также наблюдаются интересные результаты с оксидами кобальта и марганца — они фактически уменьшают перенапряжение на 180 милливольт по сравнению с обычными щелочными электродами. И вот что особенно важно с практической точки зрения: конструкция Enapter деградирует в четыре раза медленнее, чем стеки PEM, при циклическом режиме включения и выключения. Это означает, что такие электролизеры гораздо лучше справляются с колебаниями возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели и ветровые турбины, не выходя из строя так быстро.

Емкость ионного обмена и механическая прочность тонкопленочных АЭМ

Тонкопленочные AEM-мембраны от Enapter имеют толщину от 40 до 60 микрометров и успешно сочетают высокую ёмкость ионного обмена ниже 3,2 ммоль на грамм с выдающейся прочностью на растяжение выше 30 МПа. Такое сочетание позволяет создавать элементы, которые одновременно компактны и достаточно прочны для применения в реальных условиях. При испытаниях в течение 8 000 часов подряд при температуре 80 градусов Цельсия в щелочной среде эти мембраны сохраняют около 93 % своей первоначальной проводимости. Это на 25 % выше по сравнению с более ранними версиями технологии AEM, согласно исследованию, опубликованному в журнале Materials Today Energy в прошлом году. Их специальная технология поперечного сшивания ограничивает набухание менее чем на 15 %, даже при воздействии концентрированных растворов гидроксида калия. В результате они сохраняют свою форму и целостность даже при перепадах давления до 50 бар. Все эти характеристики позволяют достигать плотности мощности в стеке более 4,5 ватт на квадратный сантиметр, что примерно на 40 % превышает возможности первых прототипных моделей.

Разработка и промышленное масштабирование систем электролизеров AEM с нулевым зазором

Инженерия компактных высокоэффективных архитектур электролизеров

Enapter разработала электролизер AEM с нулевым зазором, достигающий эффективности стека около 85 % благодаря очень тонким мембранам толщиной менее 100 микрон, а также грамотно оптимизированным слоям катализатора. Такая конструкция снижает ионное сопротивление примерно на 40 % по сравнению с традиционными щелочными системами, как показали исследования Института Фраунгофера в 2024 году. Ещё одной отличительной особенностью этой технологии является специальная конструкция каналов потока, которая обеспечивает высокую плотность тока при напряжении 2 В, не допуская чрезмерного проникновения газа между секциями. Вся система поддерживает уровень переноса газа ниже 2 % и при этом занимает примерно на 30 % меньше места, чем аналогичные системы PEM, представленные сегодня на рынке.

Модульная конструкция и масштабируемость для коммерческого внедрения

Стандартизированные модули AEM мощностью 1 МВт позволяют масштабировать установки до нескольких мегаватт, поскольку они используют прессованные биполярные пластины вместе с автоматизированной сборкой для слоев газораспределения. Анализируя данные с реальных пилотных внедрений, мы видим около 92 процентов времени наработки на отказ за 12 тысяч часов работы. Интересно и то, насколько быстро эти системы реагируют — максимум около пятнадцати минут при изменениях в подаче энергии из возобновляемых источников. При обсуждении более крупных проектов, скажем, свыше 10 МВт, затраты значительно снизились. Капитальные расходы сейчас составляют около 500 долларов США на кВт, что представляет собой довольно значительное снижение по сравнению с показателями 2022 года согласно отчетам Совета по водороду за прошлый год.

Пример из практики: интеграция многоблочной AEM-электролизной установки в европейских проектах

В районе Рейнланд-Пфальц в Германии находится объект мощностью 4,8 мегаватта, который объединяет двенадцать AEM-установок по 400 киловатт с уже существующими системами биогаза. Такая конфигурация производит около 650 тонн зелёного водорода каждый год, при этом эксплуатационные расходы составляют примерно половину от стоимости традиционных щелочных методов. На установке также используется специальная гибридная система охлаждения, которая снижает потребление воды до 60 процентов. Предохранительные клапаны, расположенные по краям, предотвращают высыхание мембран, когда система работает с нагрузкой ниже номинальной, что увеличивает срок службы оборудования и уменьшает необходимость в частом техническом обслуживании или замене деталей.

Часто задаваемые вопросы

Что особенного в технологии AEM, используемой компанией Enapter?

Технология AEM от Enapter сочетает доступность традиционных щелочных систем с эксплуатационными преимуществами мембран с обменом протонов (PEM), обеспечивая лучшую масштабируемость при использовании возобновляемых источников энергии.

Как технология электролиза AEM от Enapter способствует экономически эффективному производству водорода?

Используя катализаторы из неблагородных металлов, такие как никель-железо, вместо дорогостоящих металлов платиновой группы, Enapter значительно снизил затраты на материалы, сохраняя при этом эффективность системы на уровне 75–78%.

Каковы преимущества электролизеров Enapter без использования PGM?

Электролизеры Enapter без использования PGM демонстрируют повышенную эффективность, более низкую стоимость и лучшую долговечность по сравнению с традиционными щелочными системами, что делает их идеально подходящими для работы с переменной выработкой возобновляемых источников энергии.

Насколько масштабируемы системы AEM-электролизеров Enapter?

Модульная конструкция Enapter и стандартизированные модули AEM мощностью 1 МВт позволяют масштабировать установки, обеспечивая проектам достижение нескольких мегаватт и выгоду от снижения капитальных затрат и эффективной эксплуатации.