Ekologiczna produkcja wodoru bez rzadkich surowców
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu HYScale(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracował nowatorską metodę ekologicznej produkcji wodoru. Zespołowi udało się opracować nowatorskie materiały, które zmniejszają zależność od surowców krytycznych i syntetycznych substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS). Zielony wodór to zrównoważone i uniwersalne źródło energii, które może odegrać kluczową rolę w dekarbonizacji energochłonnych sektorów w Europie. Jego popularyzacja wymaga jednak rozwiązania szeregu przeszkód i problemów dotyczących kosztów, niezawodności, wydajność i niskiej dostępności kluczowych surowców. Zespół projektu HYScale postanowił stawić czoła wyzwaniu. Jak czytamy w artykule(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zamieszczonym na stronie internetowej projektu: „Projekt HYScale zajmuje się... zwiększaniem skali produkcji nowatorskich materiałów o wyjątkowych osiągach, które zmniejszają naszą zależność od ograniczonych zasobów, bez uszczerbku dla wydajności i efektywności”. Zespołowi projektu udało się zastąpić surowce krytyczne i PFAS stosowane w konwencjonalnych elektrolizerach wody z membraną anionowymienną, które są wykorzystywane w produkcji wodoru. Badacze zastąpili to rozwiązanie bardziej ekonomiczną i przyjazną dla środowiska alternatywą - prototypowym elektrolizerem opartym na membranie anionowymiennej z pojedynczym stosem o mocy 100 kW. Badania wykazały, że opracowane przez projekt HYScale materiały mogą być skalowane bez uszczerbku dla wydajności procesu. „Wdrożenia na szeroką skalę potwierdzają rezultaty osiągnięte w badaniach laboratoryjnych na małą skalę. To kluczowy kamień milowy na drodze do wykorzystania naszych rozwiązań w rzeczywistych warunkach”, czytamy w artykule. Dzięki temu zespół jest „o krok bliżej do zintegrowania stosu z w pełni funkcjonalnym układem elektrolizera”. Projekt HYScale dąży do osiągnięcia kosztów na poziomie 400 euro/kW i robi postępy w kierunku wdrożenia rozwiązania w warunkach przemysłowych.
Dotychczasowe działania
Aby rozwinąć układ elektrolizera w pełnej skali, zespół projektu HYScale musiał najpierw zoptymalizować poszczególne komponenty ogniw. W tym celu badacze zaczęli udoskonalać katalizatory, membrany i porowate warstwy transportowe w ogniwach o małej powierzchni, aby zapewnić wydajność, trwałość i długotrwałe działanie każdego komponentu. Włoska Narodowa Rada Badawcza (CNR) w ramach partnerstwa z projektem zbadała wpływ podłoża użytego do wykonania elektrody. Badacze CNR przeanalizowali także porowatą warstwę transportową, zaprojektowaną i wyprodukowaną przez belgijskiego partnera projektu, spółkę Bekaert. Spółka CENmat odpowiedzialna za koordynację projektu, dostarczyła podłoża pokryte wysokowydajnym katalizatorem niezawierającym surowców krytycznych. We współpracy z niemieckim ośrodkiem DLR, badacze CNR przeprowadzili szeroko zakrojone testy w celu oceny wydajności i stabilności komponentów. Aby osiągnąć cele w zakresie skalowalności, zespół projektowy opracował również ogniwo o dużej powierzchni. Prace w ramach projektu obejmowały także specjalistyczne rozwiązania dla ram, uszczelnień i warstw transportowych, które zostały zoptymalizowane w celu zminimalizowania koniecznej obróbki. Badacze opracowali także konstrukcję ogniwa bez pola przepływu. Jak wyjaśnia Nicola Briguglio, badacz CNR: „Decyzja ta [...] była podyktowana potrzebą uproszczenia architektury krótkiego stosu membran i ograniczenia złożoności rozwiązania. Wyeliminowanie pola przepływu zmniejsza ponadto całkowitą wysokość stosu i umożliwia uzyskanie bardziej zwartej i lekkiej konstrukcji, co jest korzystne z punktu widzenia integracji systemu i zwiększania skali”. Obecnie trwają testy niskiego stosu. Zespół projektu HYScale (HYSCALE - ECONOMIC GREEN HYDROGEN PRODUCTION AT SCALE VIA A NOVEL, CRITICAL RAW MATERIAL FREE, HIGHLY EFFICIENT AND LOW-CAPEX ADVANCED ALKALINE MEMBRANE WATER ELECTROLYSIS TECHNOLOGY) pracuje nad zintegrowaniem stosu z w pełni funkcjonalnym układem elektrolizera, kładąc podwaliny pod bardziej wydajne systemy elektrolizera, które przybliżą Europę do osiągnięcia celów klimatycznych. Więcej informacji: strona projektu HYScale(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
