Понимание преимуществ систем производства водорода методом PEM для промышленного применения

Введение

Поскольку промышленность во всем мире стремится сократить выбросы углерода и перейти на более чистые источники энергии, водород стал ключевым игроком в декарбонизации тяжелой промышленности, транспорта и хранения энергии. Среди различных технологий производства водорода электролиз с использованием протонообменной мембраны (PEM) выделяется своей эффективностью, гибкостью и совместимостью с возобновляемой энергией.

В этом блоге рассматриваются преимущества Системы производства водорода PEM и почему они становятся все более предпочтительным выбором для промышленного применения.

Что такое ПЭМ-электролиз?

Электролиз PEM использует твердую полимерную электролитную мембрану для расщепления воды на водород и кислород с помощью электричества. В отличие от традиционных щелочных электролизеров, системы PEM работают с чистой водой (без жидкого щелочного электролита), что делает их более компактными, эффективными и адаптируемыми к переменным входным мощностям, таким как энергия ветра и солнца.

Основные преимущества производства водорода методом PEM для промышленности

1. Высокая эффективность и экономия энергии

Электролизеры PEM достигают эффективности 60–75%, что значительно выше, чем у щелочных систем (50–60%).

Снижение энергопотребления на кг произведенного водорода, что снижает эксплуатационные расходы.

2. Быстрая реакция и динамичная работа

Могут наращивать мощность от 0% до 100% за считанные секунды, что делает их идеальными для работы с непостоянными возобновляемыми источниками энергии.

В отличие от щелочных электролизеров (которым требуется постоянное питание), системы PEM могут быстро адаптироваться к колебаниям электроснабжения.

3. Получение водорода высокой чистоты

Производит водород чистотой >99,99% без необходимости дополнительной очистки газа.

Отсутствие риска загрязнения щелочью делает его пригодным для использования в топливных элементах, производстве электроники и химических процессах.

4. Компактная и модульная конструкция

Меньшие габариты по сравнению со щелочными системами, что упрощает интеграцию в промышленные предприятия.

Масштабируемость — может быть развернута на небольших локальных установках или на крупных централизованных предприятиях по производству водорода.

5. Производство водорода под высоким давлением

Некоторые системы PEM могут напрямую генерировать водород под давлением 3,5 МПа (500 фунтов на кв. дюйм) или выше, что снижает необходимость во внешних компрессорах.

Экономит затраты в областях применения, где требуется сжатый водород, например, на заправочных станциях и в системах промышленного газоснабжения.

6. Повышенная безопасность и надежность

Твердый электролит устраняет риски утечки или коррозии, связанные с жидкощелочными системами.

Меньшее количество движущихся частей снижает потребность в техническом обслуживании.

7. Интеграция возобновляемых источников энергии

Лучше всего подходит для производства экологически чистого водорода в сочетании с солнечной/ветровой энергией.

Позволяет отраслям достигать целей устойчивого развития, сохраняя при этом операционную гибкость.

Промышленное применение водорода из ПОМ

✔ Обработка стали и металла

Заменяет водород на основе ископаемого топлива в процессах прямого восстановления железа (DRI).

✔ Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность

Обеспечивает чистый водород для производства аммиака, гидрокрекинга и десульфурации.

✔ Транспортировка и заправка

Обеспечивает работу водородных заправочных станций (HRS) для автомобилей на топливных элементах (FCEV).

✔ Хранение энергии и балансировка сети

Хранит излишки возобновляемой энергии в виде водорода, который можно преобразовать обратно в электричество с помощью топливных элементов.

✔ Производство электроники и полупроводников

Поставляет водород сверхвысокой чистоты, необходимый для изготовления пластин и производства светодиодов.

Проблемы и перспективы на будущее

Несмотря на то, что электролиз с использованием ПЭМ имеет многочисленные преимущества, остаются и некоторые проблемы:

Более высокие первоначальные затраты по сравнению со щелочными системами (хотя цены снижаются).

Зависимость от редких материалов (например, платиновых катализаторов), хотя исследования снижают эти требования.

Однако ожидается, что благодаря достижениям в области мембранных технологий, увеличению масштабов производства и государственным стимулам к 2030 году электролизеры с протонно-эмиссионной мембраной станут доминирующим методом производства водорода для отраслей с высоким спросом на водород.

Заключение

Системы производства водорода PEM предоставляют отраслям чистое, эффективное и гибкое решение для декарбонизации операций. Их способность легко интегрироваться с возобновляемыми источниками энергии, производить водород высокой чистоты и работать динамично делает их перспективной инвестицией для компаний, приверженных устойчивому развитию.

По мере роста спроса на экологически чистый водород электролиз с использованием технологии PEM будет играть ключевую роль в содействии отраслям промышленности в переходе от ископаемого топлива, открывая новую эру низкоуглеродного производства и энергетических систем.

Рассматривает ли ваша отрасль водородные решения? Технология PEM может стать ключом к более чистому и эффективному будущему.