PEM (Proton Exchange Membrane) WasserelektrolyseDie Technologie zur Wasserstoffproduktion bietet zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Betriebsstromdichte, Anpassungsfähigkeit an Schwankungen erneuerbarer Energien und eine kompakte Struktur. Diese Eigenschaften machen es für die groß angelegte Industrialisierung geeignet. Für eine erfolgreiche großtechnische Entwicklung ist es jedoch entscheidend, nicht nur wichtige technische Herausforderungen anzugehen, sondern auch wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen.
Der „Mittel- und langfristige Plan für die Entwicklung der Wasserstoff-Energieindustrie (2021-2035)“ in meinem Land betont die Notwendigkeit, die Effizienz der Umwandlung der Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energiequellen zu verbessern und die Wasserstoffproduktion pro Einheit zu steigern. Darüber hinaus sind Durchbrüche bei Kerntechnologien im Zusammenhang mit der Wasserstoff-Energieinfrastruktur von entscheidender Bedeutung.
Der „14. Fünfjahresplan“, der nationale Schlüsselforschungs- und Entwicklungsplan für „Wasserstoffenergietechnologie“ (2022), des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie umfasst mehrere Themen im Zusammenhang mit der Wasserstoffproduktion durch PEM-Wasserelektrolyse. Diese Themen umfassen Protonenaustauschmembran-Elektrolyseurtechnologie im Megawatt-Maßstab, Hochdruck-Wasserstoffelektrolyseur für die Wasserelektrolyse sowie Forschung und Entwicklung wichtiger Systemtechnologien für die Wasserstoffproduktion durch Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse.
Der Elektrolyseur, eine Schlüsselkomponente des PEM-Wasserelektrolyse-Wasserstoffproduktionssystems, hat erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung. Aktuelle Produktentwicklungsbemühungen konzentrieren sich hauptsächlich auf den Umfang und die Kosten der Wasserstoffproduktion.
Derzeit verfügen nur wenige inländische Hersteller über die Kapazität zur Herstellung von PEM-Elektrolysegeräten und noch weniger sind in der Lage, groß angelegte PEM-Wasserstoffproduktionssysteme zu entwickeln. Infolgedessen bevorzugen mehrere große Projekte zur Wasserstoffproduktion durch PEM-Wasserelektrolyse Ausrüstung von ausländischen Unternehmen.
Insbesondere haben einige inländische Unternehmen und Forschungsinstitute die Entwicklung von PEM-Wasserstoffproduktionssystemen mit einem Wasserstoffproduktionsmaßstab von 200 Nm3/h erreicht.
Allerdings befindet sich die inländische Industrie zur Herstellung von Wasser und Wasserstoff durch PEM-Elektrolyse noch in einem frühen Stadium der Kommerzialisierung. Im Vergleich zur vorherrschenden Methode zur Herstellung von alkalischem Wasserwasserstoff sind die Kosten die größte Herausforderung bei der PEM-Wasserstoffproduktion.
Ein Branchenführer sagte: „Die gesamte Lieferkette muss zusammenarbeiten, um in Zukunft die Kosten zu senken. Um wettbewerbsfähig zu sein, müssen die Kosten für die Wasserwasserstoffproduktion durch PEM-Elektrolyse auf das 1,{1}-fache der Kosten für alkalischen Wasserwasserstoff gesenkt werden.“ Produktion aus grünem Wasserstoff.“
Derzeit gibt es keine ausreichende Lokalisierung der Lieferkette für die Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse. Kernkomponenten wie Bipolarplatten, Katalysatoren, Protonenaustauschmembranen und Gasdiffusionsschichten stellen aufgrund von Kostenbeschränkungen Herausforderungen dar. Während viele inländische Projekte für grünen Wasserstoff die PEM-Elektrolyse-Wasserstoffproduktionstechnologie nutzen, bleibt die Anzahl der Projekte, die diesen Weg verfolgen, begrenzt.
Innerhalb der gesamten Lieferkette der Wasserstoffproduktion durch PEM-Wasserelektrolyse stellt die Protonenaustauschmembran das größte Hindernis dar.
Nach Angaben des Branchenvertreters handelt es sich bei den Protonenmembranen, die im Gegensatz zu Brennstoffzellen überwiegend für die wasserelektrolysebasierte Wasserstoffproduktion eingesetzt werden, um 115- und 117-Homogenmembranen mit einer Dicke von 150-200 Mikrometern. Diese Dicke ist im Vergleich zu Brennstoffzellen-Protonenmembranen relativ höher (8-10 Mikrometer), was zu einer höheren Quellrate und einer möglichen Verformung während der Beschichtung führt. Daher ist ein spezielles Design für die Ausrüstung zur elektrolytischen Wassermembranbeschichtung erforderlich, und Membranelektroden von Brennstoffzellen können nicht direkt für diesen Zweck verwendet werden.
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