PEM-elektrolysaattori

GF Piping Systemsin polymeeriputkistojärjestelmät on suunniteltu tukemaan PEM-elektrolysaattoreiden tehokasta toimintaa:

• Kemikaalinkestävyys: Polymeeriputket kestävät hyvin PEM-elektrolysaattorien happamien tai emäksisten toimintaympäristöjen syövyttäviä vaikutuksia.
• Puhtauden ylläpito: Ne estävät PEM-elektrolysaattoreissa käytettävän erittäin puhtaan veden saastumisen, varmistavat tasaisen suorituskyvyn ja suojaavat elektrolysaattorin eheyttä.
• Joustavuus ja kestävyys: Esimerkiksi polypropeenista (PP) tai polyvinylidenfluoridista (PVDF) valmistetut polymeeriputket ovat kevyitä, joustavia ja kestäviä. Nämä ominaisuudet helpottavat asennusta ja lisäävät pitkäaikaista luotettavuutta elektrolyysiprosessissa käytettävän erittäin puhtaan veden ja kaasujen käsittelyssä.
• Pienempi kontaminaatioriski: Putkien sileät sisäpinnat auttavat minimoimaan hiukkasten aiheuttaman tai kemiallisen kontaminaation riskin, joka voisi vaikuttaa PEM-elektrolysaattorin suorituskykyyn.

GF Piping Systemsin polymeeriputket tarjoavat luotettavia, korroosionkestäviä ja kemiallisesti yhteensopivia putkistoratkaisuja, jotka parantavat PEM-elektrolysaattoreiden tehokkuutta ja pitkäikäisyyttä.

PEM-elektrolysaattori on kehittynyt laite, joka on suunniteltu vedyn tuottamiseen veden elektrolyysin avulla. Tässä menetelmässä vesi (H2O) erotetaan vedyksi (H2) ja hapeksi (O2) sähkön avulla. PEM-elektrolysaattorin erityispiirre on kiinteän polymeerielektrolyytin eli protoninvaihtokalvon käyttö, joka helpottaa protonien (positiivisesti varautuneiden vetyionien) siirtymistä anodilta katodille ja estää samalla elektronien kulun. Tämä prosessi tuottaa puhdasta vetykaasua katodilla ja happikaasua anodilla.

Se soveltuu erityisen hyvin sovelluksiin, jotka edellyttävät puhtaan vedyn tuotantoa, erityisesti energian varastointiin, kuljetukseen ja teolliseen käyttöön tarkoitettujen polttokennojen osalta.

PEM-elektrolysaattoreiden suorituskyky ja pitkäikäisyys riippuvat syötettävän veden laadusta. Kohonneet orgaanisen hiilen kokonaispitoisuudet (TOC*) voivat vahingoittaa katalyyttejä ja kalvoa, mikä voi lyhentää käyttöikää ja siten nostaa vedyn kustannuksia.

On tärkeää asettaa etusijalle korkealaatuisten materiaalien, kuten PP-H:n, käyttö ja ottaa käyttöön kehittyneitä puhdistusmenetelmiä epäpuhtauksien riskin minimoimiseksi. Vedenjakelun korkeat TOC*-pitoisuudet voivat johtaa ei-toivottuihin sivutuotteisiin elektrolyysiprosessin aikana. Nämä sivutuotteet voivat osaltaan heikentää materiaaleja ja vähentää toiminnan tehokkuutta. 1

Siksi on tärkeää valita materiaalit, jotka kestävät kemiallista hajoamista ja liukenemista, jotta elektrolysaattorijärjestelmän eheys voidaan turvata.

1. Hans Becker et al. (Review Article) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact of impurities on water electrolysis: a review - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*TOC:n määritelmä: Orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) tarkoittaa vedessä olevan orgaanisen hiilen määrää. Se edustaa niiden orgaanisten molekyylien kokonaispitoisuutta, jotka voivat mahdollisesti saastuttaa järjestelmää. TOC on kriittinen parametri veden puhtauden arvioinnissa, erityisesti PEM-elektrolyysin kaltaisissa prosesseissa, joissa epäpuhtaudet voivat vaikuttaa merkittävästi järjestelmän tehokkuuteen ja pitkäikäisyyteen.

Veden puhdistus voi olla merkittävä kustannustekijä vihreän vedyn tuotannossa. Esimerkiksi deionisoidun veden puhdistus voi muodostaa jopa 22 prosenttia 1 MW:n PEM-elektrolysaattorijärjestelmän kokonaiskustannuksista. Kustannukset pysyvät suhteellisen vakaina järjestelmän koosta tai tuotantonopeudesta riippumatta, joten ne ovat merkittävässä osassa, kun vedyn tuotantoa halutaan kasvattaa. Veden puhtaus on elektrolysaattoreiden käytössä olennaisen tärkeää, sillä epäpuhtaudet heikentävät PEM-elektrolysaattorin kalvoa ja katalyyttiä, mikä puolestaan vähentää tehokkuutta, lisää kustannuksia sekä lyhentää kennoston käyttöikää. 1

Alkuperäisillä laitevalmistajilla on haasteita, kuten veden tasaisen puhtauden varmistaminen, vedenpuhdistusjärjestelmien kustannusten hallinta ja elektrolysaattorin suorituskykyyn ja käyttöikään kohdistuvien epäpuhtauksien vaikutusten vähentäminen. Nämä haasteet edellyttävät vankkoja vedenpuhdistustekniikoita ja materiaaleja, jotka pystyvät ylläpitämään korkean puhtaustason.

Polymeerejä, kuten polypropeenihomopolymeeriä (PP-H) ja polyvinyylideenifluoridia (PVDF), käytetään korroosionkestävyytensä vuoksi ultrapuhtaan veden sovelluksissa. Niistä ei liukene veteen epäpuhtauksia, joten veden puhtaus säilyy korkealla tasolla. Lisäksi ne ovat kestäviä ja sietävät elektrolysaattorijärjestelmän ankaria olosuhteita.

1. Hans Becker et al. (Review Article) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impurityjen vaikutus veden elektrolyysissä: katsaus - Kestävä energia ja polttoaineet (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
(vapaa pääsy)