PEM (Proton Exchange Membrane) waterelektrolysetechnologie voor waterstofproductie biedt tal van voordelen, waaronder een hoge bedrijfsstroomdichtheid, aanpassingsvermogen aan schommelingen in hernieuwbare energie en een compacte structuur. Deze kenmerken maken het geschikt voor grootschalige industrialisatie. Voor succesvolle grootschalige ontwikkeling is het echter van cruciaal belang om niet alleen de belangrijkste technische uitdagingen aan te pakken, maar ook om economische aspecten in overweging te nemen.
Het "Middellange- en langetermijnplan voor de ontwikkeling van de waterstofenergie-industrie (2021-2035)" in mijn land benadrukt de noodzaak om de conversie-efficiëntie van de waterstofproductie uit hernieuwbare energiebronnen te verbeteren en de waterstofproductie per eenheid op te schalen. Bovendien zijn doorbraken in kerntechnologieën met betrekking tot de waterstofenergie-infrastructuur essentieel.
Het "14e vijfjarenplan", het nationale sleutelonderzoeks- en ontwikkelingsplan voor "waterstofenergietechnologie" (2022) van het ministerie van Wetenschap en Technologie, omvat verschillende onderwerpen die verband houden met de waterstofproductie door PEM-waterelektrolyse. Deze onderwerpen omvatten protonenuitwisselingsmembraan-elektrolysatortechnologie op megawattschaal, hogedrukwaterstofelektrolysator voor waterelektrolyse, en onderzoek en ontwikkeling van sleutelsysteemtechnologieën voor waterstofproductie door middel van protonenuitwisselingsmembraanwaterelektrolyse.
De elektrolyseur, een belangrijk onderdeel van het waterstofproductiesysteem voor PEM-waterelektrolyse, heeft een aanzienlijke invloed op de algehele prestaties. De huidige productontwikkelingsinspanningen zijn vooral gericht op de schaal en de kosten van de waterstofproductie.
Momenteel beschikken slechts enkele binnenlandse fabrikanten over de capaciteit om PEM-elektrolyseapparatuur te produceren en nog minder kunnen grootschalige PEM-waterstofproductiesystemen ontwikkelen. Bijgevolg geven verschillende grootschalige PEM-waterelektrolyse-waterstofproductieprojecten de voorkeur aan apparatuur van buitenlandse bedrijven.
Met name hebben sommige binnenlandse ondernemingen en onderzoeksinstituten de ontwikkeling van PEM-waterstofproductiesystemen met een waterstofproductieschaal van 200 Nm3/u gerealiseerd.
De binnenlandse PEM-elektrolysewater-waterstofproductie-industrie bevindt zich echter nog in de vroege stadia van commercialisering. In vergelijking met de heersende productiemethode voor waterstof uit alkalisch water, zijn de kosten de belangrijkste uitdaging waarmee de productie van PEM-waterstof wordt geconfronteerd.
Eén marktleider zei: "De hele toeleveringsketen moet samenwerken om de kosten in de toekomst te verlagen. Om concurrerend te zijn, moeten de kosten van de productie van PEM-elektrolysewaterstof worden teruggebracht tot 1,5-2 maal die van alkalisch waterwaterstof. productie uit groene waterstof.”
Momenteel is er onvoldoende lokalisatie van de toeleveringsketen voor de productie van waterstof via elektrolyse. Kerncomponenten zoals bipolaire platen, katalysatoren, protonenuitwisselingsmembranen en gasdiffusielagen vormen uitdagingen vanwege kostenbeperkingen. Hoewel veel binnenlandse groene waterstofprojecten gebruik maken van PEM-elektrolyse-waterstofproductietechnologie, blijft het aantal projecten dat deze route volgt beperkt.
Binnen de gehele toeleveringsketen voor de waterstofproductie van PEM-waterelektrolyse vormt het protonenuitwisselingsmembraan het belangrijkste obstakel.
Volgens de vertegenwoordiger van de industrie zijn de protonmembranen die voornamelijk worden gebruikt voor waterstofproductie op basis van waterelektrolyse, in tegenstelling tot brandstofcellen, 115 en 117 homogene membranen, met een dikte van 150-200 micron. Deze dikte is relatief hoger (8-10 micron) vergeleken met protonmembranen van brandstofcellen, wat resulteert in een hogere zwelsnelheid en potentiële vervorming tijdens het coaten. Daarom is een gespecialiseerd ontwerp vereist voor de apparatuur voor het coaten van elektrolytische watermembranen, en brandstofcelmembraanelektroden kunnen niet rechtstreeks voor dit doel worden gebruikt.
Titaniumvezel viltvanTopTiTech
