จุดเน้นยุทธศาสตร์ของเอนแนพท์ในเทคโนโลยีเมมเบรนแลกเปลี่ยนแอนไอออน (AEM)

บทบาทของ AEM ในการขับเคลื่อนวิสัยทัศน์ด้านไฮโดรเจนสีเขียวของเอนแนพท์

Enapter ใช้เทคโนโลยีเมมเบรนแลกเปลี่ยนอนแอนไอออน (AEM) เป็นหลักในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ สิ่งที่ทำให้ AEM มีความพิเศษคือการรวมจุดเด่นด้านต้นทุนที่คุ้มค่าจากระบบอัลคาไลน์แบบดั้งเดิม เข้ากับความสามารถในการทำงานได้อย่างเสถียรภายใต้สภาวะที่หลากหลายใกล้เคียงกับระบบ PEM ซึ่งช่วยให้สามารถขยายขนาดระบบให้สอดคล้องกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากตามข้อมูลจาก IEA เมื่อปีที่แล้ว คาดการณ์ว่าไฮโดรเจนอาจมีสัดส่วนในการจัดหาพลังงานทั่วโลกประมาณ 18% ภายในปี 2050 ผลิตภัณฑ์เช่น AEM Flex 120 ช่วยเร่งความเร็วในการดำเนินงานได้จริง เพราะมาในรูปแบบโมดูลที่สามารถต่อเชื่อมกันได้ง่าย เพียงแค่เสียบต่อก็สามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐานด้านไฮโดรเจนในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องลงทุนสูงเกินไป

ตำแหน่งของ Enapter ในตลาดการแยกไฟฟ้า AEM ระดับโลก

การพยากรณ์ตลาดคาดการณ์ว่าภาคส่วนการแยกไฟฟ้าด้วยกระบวนการ AEM ทั่วโลกจะมีมูลค่าประมาณ 1.2 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2033 โดยขยายตัวประมาณร้อยละ 9 ต่อปี ตามรายงานอุตสาหกรรมล่าสุดจากปี 2023 Enapter ครองส่วนแบ่งตลาดเฉพาะทางนี้อยู่ที่ประมาณร้อยละ 12 ถึง 15 เนื่องจากเทคโนโลยีเมมเบรนอิเล็กโทรดแบบสิทธิบัตรของบริษัท ร่วมกับวิธีการผลิตที่ได้รับการปรับให้มีประสิทธิภาพ ส่วนใหญ่ความต้องการมาจากภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 40 ของยอดขายทั้งหมด ส่วนใหญ่เนื่องจากการลงทุนขนาดใหญ่ในโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนทั่วประเทศจีน ในขณะเดียวกันในยุโรป บริษัทต่างๆ มุ่งเน้นไปที่โครงการขนาดเล็กมากขึ้น เช่น สถานีเติมไฮโดรเจนสำหรับยานพาหนะ โดยการทำงานร่วมกับผู้ประกอบการฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม Enapter มีบทบาทสำคัญในการช่วยประเทศต่างๆ บรรลุเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมที่ทะเยอทะยาน โดยเฉพาะเป้าหมายที่องค์กรระหว่างประเทศกำหนดไว้ในการผลิตไฮโดรเจนสะอาด 110 ล้านตันต่อปีภายในสิ้นทศวรรษนี้

การรวม AEM เข้ากับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่มีโลหะมีค่า (PGM-Free) เพื่อการผลิตไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพด้านต้นทุน

การเปลี่ยนโลหะกลุ่มแพลตินัมที่มีราคาแพงมาใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนิกเกิล-เหล็ก ทำให้ Enapter สามารถลดค่าใช้จ่ายด้านวัสดุลงได้ประมาณ 60 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ โดยยังคงประสิทธิภาพของระบบไว้ที่ประมาณ 75% ถึง 78% การพิจารณาจากเทคโนโลยีเมมเบรนรุ่นใหม่ล่าสุดของพวกเขา อุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานที่ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าประมาณ 2 แอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ที่แรงดันเพียง 1.8 โวลต์ โดยใช้วัสดุที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ซึ่งถือเป็นการเพิ่มขึ้นอย่างมั่นคงถึง 35% เมื่อเทียบกับรุ่นแรกเริ่ม สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับการประยุกต์ใช้งานจริง? มันช่วยลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนให้ต่ำกว่าสามดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ซึ่งเปิดโอกาสให้อุตสาหกรรมต่างๆ สามารถลดการปล่อยคาร์บอนโดยไม่ต้องพึ่งพาเงินอุดหนุนจากรัฐบาล นอกจากนี้ระบบทั้งหมดยังทำงานร่วมกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์และกังหันลมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ในช่วงที่มีพลังงานเข้ามาน้อย ระบบก็ยังคงทำงานได้อย่างราบรื่นโดยไม่มีการหยุดชะงัก

ประสิทธิภาพและการทำงานของเครื่องแยกน้ำแบบ AEM โดยไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโลหะมีค่าจาก Enapter

การเพิ่มประสิทธิภาพด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช่โลหะมีค่าในระบบ AEM

เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบ AEM ที่ไม่ใช้ PGM จาก Enapter ทำงานได้ดีกว่าระบบอัลคาไลน์แบบเดิมประมาณ 8 ถึง 12 เปอร์เซ็นต์ ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร International Journal of Hydrogen Energy เมื่อปี 2023 การเพิ่มประสิทธิภาพนี้เกิดจากตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษที่ทำจากนิกเกิลและเหล็ก ซึ่งช่วยรักษาประสิทธิภาพแรงดันไว้เหนือระดับ 74% แม้จะทำงานที่กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร สิ่งที่ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ดีเลิศคือ สามารถลดต้นทุนลงได้ราว 90% เมื่อเทียบกับระบบ PEM ที่ต้องใช้อิริเดียมและแพลตินัมเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้ยังมีสิ่งน่าสนใจเกิดขึ้นกับออกไซด์ของโคบอลต์และแมงกานีสด้วย ซึ่งสามารถลดโอเวอร์โพเทนเชียลลงได้ถึง 180 มิลลิโวลต์ เมื่อเทียบกับขั้วไฟฟ้าอัลคาไลน์ทั่วไป และนี่คือสิ่งที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง: การออกแบบของ Enapter มีอัตราการเสื่อมสภาพช้าเพียงหนึ่งในสี่เมื่อเทียบกับชุดเซลล์ PEM ในการทำงานแบบหยุด-เริ่มใหม่ นั่นหมายความว่าเครื่องแยกน้ำชนิดนี้สามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงของแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์และกังหันลม ได้ดีกว่าโดยไม่เสื่อมสภาพเร็วเท่า

ความจุการแลกเปลี่ยนไอออนและความแข็งแรงเชิงกลในเยื่อ AEM แบบฟิล์มบาง

แผ่นฟิล์มบาง AEM จาก Enapter มีความหนาอยู่ระหว่าง 40 ถึง 60 ไมโครเมตร และสามารถรวมคุณสมบัติที่โดดเด่นทั้งในด้านความจุการแลกเปลี่ยนไอออนที่ต่ำกว่า 3.2 มิลลิโมลต่อกรัม และความแข็งแรงดึงได้สูงกว่า 30 เมกะพาสกาล ซึ่งช่วยให้เซลล์ที่ผลิตมีขนาดเล็กแต่ทนทานเพียงพอสำหรับการใช้งานจริง เมื่อนำมาทดสอบต่อเนื่องเป็นเวลา 8,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง แผ่นเมมเบรนเหล่านี้ยังคงรักษานำไฟฟ้าไว้ได้ประมาณ 93% ของค่าเริ่มต้น ซึ่งถือเป็นการปรับปรุงที่ดีขึ้นถึง 25% เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้าของเทคโนโลยี AEM ตามรายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Materials Today Energy เมื่อปีที่แล้ว เทคนิคการสร้างพันธะขวางแบบพิเศษของพวกเขาช่วยควบคุมการบวมให้อยู่ต่ำกว่า 15% แม้จะสัมผัสกับสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น ส่งผลให้แผ่นยังคงรูปร่างและความสมบูรณ์ของโครงสร้างแม้อยู่ภายใต้ความแตกต่างของแรงดันสูงถึง 50 บาร์ คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ทำให้ความหนาแน่นพลังงานของสแต็คสามารถสูงเกิน 4.5 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งดีขึ้นประมาณ 40% เมื่อเทียบกับต้นแบบรุ่นแรก

การออกแบบและขยายขนาดเชิงอุตสาหกรรมของระบบอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM แบบ Zero-Gap

วิศวกรรมการออกแบบโครงสร้างอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีขนาดกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูง

Enapter ได้พัฒนาอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM แบบ zero gap ซึ่งมีประสิทธิภาพของสแต็กราวๆ 85% ได้รับผลจากเมมเบรนที่บางมาก ความหนาต่ำกว่า 100 ไมครอน รวมกับชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกออกแบบให้มีประสิทธิภาพสูงสุด การจัดวางดังกล่าวช่วยลดการต้านทานไอออนิกลงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับระบบที่เป็นด่างแบบเดิม ตามงานวิจัยจากสถาบัน Fraunhofer ในปี 2024 สิ่งที่ทำให้เทคโนโลยีนี้โดดเด่นยิ่งขึ้นไปอีกคือการออกแบบช่องไหลพิเศษที่สามารถรักษาความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าในระดับสูงได้อย่างน่าประทับใจที่ 2 โวลต์ โดยไม่เกิดการแพร่ของก๊าซข้ามระหว่างช่องต่างๆ มากเกินไป ทั้งระบบยังคงอัตราการแพร่ข้ามของก๊าซต่ำกว่า 2% และใช้พื้นที่โดยรวมน้อยกว่าระบบที่ใช้เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) ทั่วไปในตลาดปัจจุบันประมาณ 30%

การออกแบบแบบโมดูลาร์และการขยายขนาดเพื่อการนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์

โมดูล AEM ขนาดมาตรฐาน 1 เมกะวัตต์ ทำให้สามารถขยายการติดตั้งไปยังระดับหลายเมกะวัตต์ได้ เนื่องจากใช้แผ่นไบโพลาร์แบบอัดแน่นพร้อมกับการประกอบโดยอัตโนมัติสำหรับชั้นกระจายก๊าซ โดยพิจารณาข้อมูลภาคสนามจากการติดตั้งต้นแบบจริง เราพบว่าระบบทำงานได้ประมาณ 92 เปอร์เซ็นต์ตลอดระยะเวลาดำเนินงาน 12,000 ชั่วโมง สิ่งที่น่าสนใจคือความเร็วในการตอบสนองของระบบเหล่านี้ ซึ่งใช้เวลาไม่เกินสิบห้านาทีเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในปริมาณพลังงานหมุนเวียนที่ผลิตได้ เมื่อพูดถึงโครงการขนาดใหญ่ เช่น โครงการที่มากกว่า 10 เมกะวัตต์ ต้นทุนได้ลดลงอย่างมาก ปัจจุบันค่าใช้จ่ายลงทุน (CapEx) อยู่ที่ประมาณ 500 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ ซึ่งถือเป็นการลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับปี 2022 ตามรายงานจากสภาไฮโดรเจนในปีที่แล้ว

กรณีศึกษา: การรวมระบบอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM แบบหลายสแต็คในโครงการของยุโรป

ในพื้นที่ไรน์แลนด์-พาลาทิเนตของเยอรมนี มีสถานีผลิตขนาด 4.8 เมกะวัตต์ที่รวมระบบ AEM จำนวนสิบสองชุด ชุดละ 400 กิโลวัตต์ เข้ากับระบบผลิตก๊าซชีวภาพที่มีอยู่เดิม ระบบนี้สามารถผลิตไฮโดรเจนสีเขียวได้ประมาณปีละ 650 ตัน และมีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับวิธีการแบบอัลคาไลน์แบบดั้งเดิม โรงงานยังมาพร้อมกับระบบระบายความร้อนแบบไฮบริดพิเศษที่ช่วยลดการใช้น้ำลงได้มากถึง 60 เปอร์เซ็นต์ วาล์วนิรภัยที่ติดตั้งอยู่ตามขอบช่วยป้องกันไม่ให้เมมเบรนแห้งเมื่อระบบทำงานที่ต่ำกว่ากำลังเต็ม ซึ่งทำให้ระบบทำงานได้นานขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนบ่อยครั้ง

คำถามที่พบบ่อย

เทคโนโลยี AEM ที่ Enapter ใช้มีความพิเศษอย่างไร

เทคโนโลยี AEM ของ Enapter ผสานความคุ้มค่าของระบบอัลคาไลน์แบบดั้งเดิมเข้ากับข้อได้เปรียบในการปฏิบัติการของเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMs) ทำให้สามารถปรับขยายขนาดได้ดีขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน

เทคโนโลยีการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบ AEM ของ Enapter มีส่วนช่วยอย่างไรต่อการผลิตไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุน

โดยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจากโลหะที่ไม่ใช่โลหะมีค่า เช่น นิกเกิลและเหล็ก แทนกลุ่มโลหะแพลตินัมที่มีราคาแพง Enapter สามารถลดต้นทุนวัสดุได้อย่างมาก ในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพของระบบไว้ที่ประมาณ 75% ถึง 78%

เครื่องแยกน้ำอิเล็กโทรไลเซอร์แบบไม่มี PGM ของ Enapter มีข้อดีอย่างไร

เครื่องแยกน้ำอิเล็กโทรไลเซอร์แบบไม่มี PGM ของ Enapter มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ต้นทุนที่ต่ำลง และมีความทนทานมากขึ้นเมื่อเทียบกับระบบที่เป็นด่างแบบดั้งเดิม ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งต่อการจัดการกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีความผันแปร

ระบบเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบ AEM ของ Enapter มีความสามารถในการขยายขนาดได้มากเพียงใด

การออกแบบแบบโมดูลาร์และการใช้โมดูล AEM มาตรฐานขนาด 1 เมกะวัตต์ ทำให้ระบบของ Enapter สามารถติดตั้งในขนาดที่ขยายได้ ช่วยให้โครงการสามารถขยายไปถึงหลายเมกะวัตต์ และได้รับประโยชน์จากราคาลงทุนที่ลดลงและการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพ