Elektrolizer z membraną do wymiany protonowej (PEM)

Systemy rurociągowe GF Piping Systems zostały zaprojektowane, aby wspierać wydajne działanie elektrolizerów z wymianą protonów (PEM) dzięki:

• Odporność chemiczna: Rury polimerowe są bardzo odporne na korozję, która występuje w kwaśnym lub zasadowym środowisku, w którym działają elektrolizery PEM.
• Utrzymanie czystości: Zapobiegają kontaminacji ultra-czystej wody używanej w elektrolizerach PEM, zapewniając stałe działanie i chroniąc integralność elektrolizera.
• Elastyczność i trwałość: Rury polimerowe, takie jak te wykonane z polipropylenu (PP) lub polifluorka winylidenu (PVDF), są lekkie, elastyczne i trwałe, co ułatwia instalację i zapewnia długoterminową niezawodność w obsłudze wody o wysokiej czystości i gazów zaangażowanych w proces elektrolizy.
• Zmniejszone ryzyko kontaminacji: Ich gładkie powierzchnie wewnętrzne pomagają zminimalizować ryzyko zanieczyszczeń cząsteczkami lub chemikaliami, które mogą wpływać na wydajność elektrolizera PEM.

Dzięki zapewnieniu niezawodnych, odpornych na korozję i chemiczne zgodnych rozwiązań rurociągowych, rury polimerowe GF Piping Systems zwiększają efektywność i trwałość elektrolizerów PEM.

Elektrolizer z wymianą protonów (PEM) to zaawansowane urządzenie służące do produkcji wodoru poprzez proces elektrolizy wody. W tej metodzie woda (H2O) jest rozdzielana na wodór (H2) i tlen (O2) przy zastosowaniu elektryczności. Charakterystyczną cechą elektrolizera PEM jest użycie stałego elektrolitu polimerowego, czyli membrany wymiany protonów, która ułatwia przewodnictwo protonów (dodatnio naładowanych jonów wodoru) od anody do katody, jednocześnie utrudniając przepływ elektronów. Ten proces generuje czysty gaz wodoru na katodzie i gaz tlenu na anodzie.

Jest szczególnie dobrze przystosowany do zastosowań wymagających produkcji czystego wodoru, szczególnie w zakresie ogniw paliwowych do magazynowania energii, transportu i wykorzystania przemysłowego.

Wydajność i żywotność elektrolizerów z wymianą protonów (PEM) zależy od jakości wody, która jest do nich wprowadzana. Wysokie stężenie całkowitego węgla organicznego (TOC*) może zagrażać katalizatorom i membranie, co potencjalnie skraca czas eksploatacji i wpływa na koszty wodoru.

Konieczne jest priorytetowe używanie wysokiej jakości materiałów, takich jak PP-H, oraz wdrażanie zaawansowanych metod oczyszczania, aby zminimalizować ryzyko zanieczyszczeń. Podwyższone poziomy TOC* w dostawie wody mogą prowadzić do powstawania niepożądanych produktów ubocznych podczas procesu elektrolizy. Te produkty uboczne mogą przyczyniać się do degradacji materiałów oraz zmniejszenia wydajności operacyjnej. 1

Dlatego istotne jest, aby wybierać materiały odporne na degradację chemiczną i zjawisko wymywania, aby chronić integralność systemu elektrolizera.

1. Hans Becker et al. (artykuł przeglądowy) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Wpływ zanieczyszczeń na elektrolizę wody: przegląd - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Definicja TOC: Całkowity Węgiel Organiczny (TOC) mierzy ilość węgla organicznego obecnego w wodzie, reprezentując całkowite stężenie cząsteczek organicznych, które mogą potencjalnie zanieczyścić system. Jest to kluczowy parametr w ocenie czystości wody, szczególnie w aplikacjach takich jak elektroliza PEM, gdzie zanieczyszczenia mogą w znaczący sposób wpłynąć na wydajność i żywotność systemu.

Oczyszczanie wody może być istotnym czynnikiem kosztowym przy produkcji zielonego wodoru. Na przykład, oczyszczanie wody dejonizowanej może stanowić aż 22% całkowitych kosztów bilansu zakładu (BoP) w systemie PEM WE o mocy 1 MW. Ten koszt pozostaje stosunkowo stabilny, niezależnie od wielkości systemu czy tempa produkcji, co czyni go kluczowym w skali produkcji wodoru. Czystość wody jest kluczowa dla elektrolizerów, ponieważ zanieczyszczenia degradują membranę i katalizator w elektrolizerach PEM, co obniża efektywność i zwiększa koszty, ostatecznie skracając czas życia układów elektrolizy. 1

Producentom OEM stawiane są wyzwania takie jak zapewnienie stałej czystości wody, zarządzanie kosztami systemów oczyszczania wody oraz ograniczanie wpływu zanieczyszczeń na wydajność i trwałość elektrolizera. Te wyzwania wymagają solidnych technologii oczyszczania wody oraz materiałów, które mogą utrzymać wysokie poziomy czystości.

Polimery takie jak polipropylen (PP-H) oraz polifluorek winylidenu (PVDF) są stosowane do ultraczystej wody, ponieważ są bardzo odporne na korozję. Nie wymywają zanieczyszczeń do wody, co zapewnia, że czystość wody pozostaje na wysokim poziomie. Dodatkowo, są trwałe i mogą wytrzymać surowe warunki wewnątrz systemu elektrolizera.

1. Hans Becker et al. (artykuł przeglądowy) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Wpływ zanieczyszczeń na elektrolizę wody: przegląd - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
(dostęp wolny)