Protonuitwisselingsmembraan (PEM) elektrolyser

De kunststofleidingsystemen van GF Piping Systems zijn ontworpen om de efficiënte werking van de protonuitwisselingsmembraan (PEM) elektrolyser te ondersteunen door:

• Chemische bestendigheid: De kunststofbuizen zijn zeer goed bestand tegen de corrosieve effecten van de zure omgevingen waarin PEM elektrolyses werken.
• Behoud de zuiverheid: Ze voorkomen vervuiling van het ultrapuur water dat gebruikt wordt in PEM elektrolysers, wat zorgt voor constante prestaties en de integriteit van de elektrolyser beschermt.
• Flexibiliteit en duurzaam: Kunststofleidingen, zoals die gemaakt van polypropyleen (PP) of Polyvinyldieenfluoride (PVDF), zijn lichtgewicht, flexibel en duurzaam, wat een gemakkelijke installatie en langdurige betrouwbaarheid mogelijk maakt bij het afhandelen van het ultra pure water en de gassen die betrokken zijn bij het elektrolyseproces.
• Minder risico op vervuiling: De gladde binnenoppervlakken helpen het risico op deeltjes of chemische vervuiling te minimaliseren waardoor de prestaties van de PEM elektrolyser zouden kunnen worden beïnvloed.

Door betrouwbare, corrosiebestendige en chemisch bestendige leidingoplossingen te bieden, verbeteren de kunststofleidingen van GF Piping Systems de efficiëntie en levensduur van PEM elektrolysers.

Een protonuitwisselingsmembraan (PEM) elektrolytische cel is een geavanceerd apparaat dat is ontworpen voor het genereren van waterstof door middel van waterelektrolyse. Bij deze methode wordt water (H2O) met behulp van elektriciteit gescheiden in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Het onderscheidende kenmerk van de PEM elektrolyser ligt in het gebruik van een vast polymeer elektrolyt, of het protonuitwisselingsmembraan, dat de geleiding van protonen (positief geladen waterstofionen) van de anode naar de kathode vergemakkelijkt terwijl de elektronenstroom wordt belemmerd. Dit proces genereert zuiver waterstofgas aan de kathode en zuurstofgas aan de anode.

Het is bijzonder goed geschikt voor toepassingen die de productie van pure waterstof vereisen, vooral op het gebied van brandstofcellen voor energieopslag, transport en industriële toepassing.

De prestaties en levensduur van protonuitwisselingsmembraan (PEM) elektrolysers zijn afhankelijk van de kwaliteit van het toegevoerde water. Hoge niveaus van totaal organische koolstof (TOC*) kunnen de katalysatoren en het membraan aantasten, waardoor de operationele levensduur afneemt en de kosten van waterstof stijgen.

Het is essentieel om het gebruik van hoogwaardige materialen zoals PP-H te te gebruiken en geavanceerde zuiveringsmethoden toe te passen om het risico van verontreinigingen te minimaliseren. Verhoogde TOC*-niveaus in de watervoorziening kunnen leiden tot de generatie van ongewenste bijproducten tijdens het elektrolyseproces. Deze bijproducten kunnen bijdragen aan materiaalschade en een vermindering van de operationele efficiëntie. 1

Daarom is het van belang om materialen te selecteren die bestand zijn tegen chemische degradatie en leaching om de integriteit van het elektrolysesysteem te beschermen.

1. Hans Becker et al. (reviewartikel) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact van onzuiverheden op water elektrolyse: een review - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Definitie van TOC: Totaal Organisch Koolstof (TOC) meet de hoeveelheid organisch koolstof die aanwezig is in water, wat de totale concentratie van organische moleculen vertegenwoordigt die potentieel het systeem kunnen verontreinigen. Het is een kritische parameter bij het beoordelen van de zuiverheid van water, vooral bij toepassingen zoals PEM elektrolyse, waar verontreinigingen een significante impact kunnen hebben op de efficiëntie en levensduur van het systeem.

Waterzuivering kan een aanzienlijke kostenfactor zijn bij de productie van groene waterstof. Zo kan de zuivering van gedeïoniseerd water tot 22% van de totale kosten van een 1 MW PEM WE-systeem uitmaken. Deze kosten blijven relatief stabiel, ongeacht de grootte van het systeem of de productiesnelheid, waardoor ze essentieel zijn voor het opschalen van de waterstofproductie. Waterzuiverheid is essentieel voor elektrolysers, omdat onzuiverheden het membraan en de katalysator in PEM elektrolysers aantasten, waardoor de efficiëntie afneemt en de kosten stijgen, wat uiteindelijk de levensduur van de stack verkort. 1

OEM-fabrikanten worden geconfronteerd met uitdagingen zoals het verzekeren van consistente waterzuiverheid, het beheren van de kosten van waterzuiveringssystemen en het beperken van de impact van onzuiverheden op de prestaties en levensduur van de elektrolyser. Deze uitdagingen vereisen robuuste waterzuiveringstechnologieën en materialen die een hoge zuiverheidsgraad kunnen handhaven.

Polymeren zoals polypropyleen homopolymeer (PP-H) en polyvinyldieenfluoride (PVDF) worden gebruikt voor ultrapuur water omdat ze zeer corrosiebestendig zijn. Ze veroorzaken geen onzuiverheden in het water, waardoor de zuiverheid van het water hoog blijft. Bovendien zijn ze duurzaam en bestand tegen de zware omstandigheden in het elektrolysesysteem.

1. Hans Becker et al. (reviewartikel) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact van onzuiverheden op water elektrolyse: een review - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J