De economische aspecten van groene waterstof worden geconfronteerd met een bekende hindernis: de productiekosten. Tegenwoordig kost het maken van een kilogram waterstof uit hernieuwbare energiebronnen $3,5 tot $6,5, vergeleken met $2,0 tot $3,5 voor de aardgas-route met koolstofafvang. Het verschil komt grotendeels neer op wat u vooraf betaalt voor de elektrolyzerstapel. In PEM-ontwerpen zijn de bipolaire platen en diffusielagen alleen al verantwoordelijk voor meer dan 40% van de stapelkosten, waardoor ze een voor de hand liggend doelwit voor kostenreductie zijn. Het geplatineerde titaniumvilt dat aan de anodezijde van de cel wordt gebruikt, draagt via drie verschillende kanalen bij aan lagere totale waterstofkosten.
Elektriciteit neemt doorgaans ongeveer de helft tot driekwart van het bedrijfsbudget voor een draaiende elektrolyser in beslag.-De cijfers liggen over het algemeen tussen de 47% en 78%, afhankelijk van de lokale energieprijzen en de efficiëntie van het systeem. Door platina op de titaniumvezels af te zetten, daalt de contactbarrière bij de verbinding tussen de katalysator en de plaat merkbaar. Als die barrière wordt verlaagd, nemen de ohmse verliezen af en heeft de cel minder spanning nodig om dezelfde stroom te genereren. Minder spanning over de cel betekent minder kilowattuur verbruikt per kilogram geproduceerde waterstof.
De levensduur is een andere belangrijke factor. De anodeomgeving in een PEM-cel is notoir agressief-met een hoog potentieel, een sterke zuurgraad en een overvloed aan zuurstof. Titanium is beter bestand tegen deze ruwe omgevingen dan de meeste andere metalen. Daarom kunnen titaniumonderdelen alleen al ongeveer 70% van de materiaalkosten voor een typische PEM-stapel vertegenwoordigen. Platina doet hier twee dingen-het geleidt stroom en zorgt ervoor dat het onderliggende titanium niet oxideert. Zonder die bescherming zou zich geleidelijk een oxidefilm op het oppervlak vormen, waardoor de contactweerstand omhoog zou gaan en de celprestaties zouden afnemen. De coating hecht goed aan het titaniumsubstraat en is bestand tegen warmtewisselingen en herhaalde aan-uitschakelingen, zonder te schilferen of af te pellen. Dankzij een diffusielaag die langer meegaat, kan de initiële investering in de stapel worden terugverdiend over een groter aantal bedrijfsuren en meer waterstofproductie, waardoor de afschrijvingslast op elke kilogram wordt verlicht.
Een hogere stroomdichtheid wordt vaak genoemd als een kracht van PEM-elektrolyse, maar die kracht brengt strengere eisen met zich mee voor massatransport. Het vilt heeft een open vezelachtige structuur-ongeveer 70% van het volume bestaat uit lege ruimte-zodat vloeibare voeding de katalysator kan bereiken en zuurstofbellen zonder veel problemen van het oppervlak kunnen ontsnappen. Dit helpt de concentratieverliezen en spanningsschommelingen te voorkomen die slecht ontworpen diffusielagen teisteren. Wanneer gas de elektrode snel verlaat, blijft de cel stabiel bij hogere stroomdichtheden, waardoor hetzelfde actieve gebied per uur in meer waterstof wordt omgezet. Die extra output van elke stapel verlaagt de kapitaalkosten die kunnen worden toegeschreven aan elke geproduceerde kilogram waterstof.
Tel deze drie voordelen bij elkaar op:-minder elektriciteitsverbruik, langere levensduur en de mogelijkheid om met hogere stroomdichtheden te werken-en het geplatineerde titaniumvilt blijkt veel meer te zijn dan een eenvoudig geleidend element. Het maakt een echt verschil in de algemene economie van PEM-elektrolyse. Nu de mondiale markt voor dit materiaal naar verwachting zal groeien van ongeveer 23 miljoen dollar in 2025 naar ongeveer 125 miljoen dollar in 2032, zal het aandeel ervan in het terugdringen van de kosten van groene waterstof alleen maar groter worden.
