수소 생산을 위해 전해질을 개발하는 연구원들은 원래 기술을 확장하기 위해 연료 전지에 사용되는 막 플랫폼으로 점점 더 전환하고 있습니다. 그들의 전략 : 음이온 교환 막을 사용하십시오 더 비용 효율적일 수 있습니다 기존의 양성자 교환 막과 알칼리성 접근법의 최상의 특징을 결합하십시오.
음이온 교환 막 (AEM) 기술은 음극과 양극 사이의 음으로 하전 된 이온의 선택적 전달을 가능하게한다. 수소에서 연료 전지, 막은 전기를 생성하는 데 필요한 화학 반응을 촉진하는 데 도움이됩니다. 수소 전기 분해에서, 막은 수소를 산소로부터 분리하여 물을 분할하는 데 도움이된다.
지금까지 AEM은 소규모로만 배치되었습니다. 그러나 몇몇 재생 가능한 수소 회사는이를 바꿀 준비가되어 있습니다. 5 월 7 일, 뉴욕 주 Ithaca Ecolectro 발표 매사추세츠 주 프레이밍 햄과의 파트너십 Re : 제조 제조 미국에서 고급 AEM 전해저를 배치합니다. 그리고 3 월에 프랑스 타이어 회사 미슐랭 그리고 몇몇 프랑스 연구 기관은 a 다년간의 협업 Michelin이 재생 가능한 시장으로의 확장의 일환 으로이 막의 내구성이 뛰어난 버전을 개발합니다.
이 회사들과 전 세계 몇몇 회사들은 재생 에너지로 생산 된“녹색”수소에 대한 오랜 약속을 충족시키기 위해 AEM 기술에 베팅하고 있습니다. “이것은 우리가 확장하려고했던 다른 유형의 전기 분해와 관련된 많은 문제에 대한 잠재적 인 구주로 오랫동안 간주되어 왔습니다.” 린지 모틀로텍사스 휴스턴의 시장 정보 회사 인 Darcy Partners의 물리학 자 및 연구 책임자.
녹색 수소 스케일링의 도전
확장 녹색 수소 다른 수소 생산 방법보다 경쟁력이 떨어지는 도전 과제가 있습니다. 이 필드는 전기를 사용하여 수질 분자를 분할하여 수소를 방출하는 전해질에 의존합니다. 대부분의 경우, PEM (Proton Exchange 멤브레인)을 사용하는데, 이는 귀금속 촉매 및 중합체 막을 사용하여 전해질 용액으로 작용하는 분자 또는 알칼리성 전기 분해를 사용한다.
PEM은 풍력 및 태양 광 발전과 같은 가변 에너지 원에 응답하여 빠르게 증가 할 수 있지만 이리듐이 필요합니다. 공급이 제한되어 있습니다. 알칼리성 전기 분해는 자본 집약적이지 않고 더 큰 규모로 더 확립되지만 효율성이 부족하고 거친 기본 솔루션은 시스템 설계를 복잡하게합니다.
이로 인해 그룹은 AEM으로 전환하여 PEM의 값 비싼 금속으로 니켈과 강철을 대체했습니다. Motlow는 기본 솔루션을 사용하지만 AEM은 적어도 실험실 규모에서 알칼리성 전기 분해보다 효율성이 우수하다고 Motlow는 말합니다.
Saerbeck, 독일 기반 Enapter 텍사스에 기반을 둔 오스틴 Agastya 화학 반응 및 가열을 위해 산업에서 사용되는 상업용 메가 와트 규모의 AEM 전해저를 제공합니다. 중국에서는 산동에 기반을 둡니다 위생 에너지 2024 년 9 월 시작하다에드 산업 단지, 커뮤니티 건물 및 교통에서 플러그 앤 플레이 사용을위한 킬로와트 규모의 AEM 전해저. 그러나 이러한 시연은 규모와 성숙도로 제한되어 있습니다. AEM 기술은 아직 지속적인 산업 수소 공급을 위해 상업적 규모로 입증되지 않았습니다.
Ecolectro의 AEM Electrolyzer Stack은 PFAS가없는 이리듐 프리 멤브레인 플랫폼을 사용합니다.Ecolectro
녹색 수소를 위해 AEM을 선택하는 이유는 무엇입니까?
Ecolectro와 Re : Build 간의 파트너십은 산업용 용도 수소의 스케일 업을 방해 한 높은 비용을 줄이는 것을 목표로합니다. Ecolectro는 전해기 구성 요소를위한 저렴한 재료를 소싱하는 것 외에도 뉴욕과 펜실베니아의 Build ‘s Plants로 제조를 아웃소싱하고 있습니다. 막의 경우, EcoLectro는 내구성을 향상시키기 위해 니켈 촉매와 화학 물질의 독점 혼합을 사용합니다.
Ecolectro는 한 번에 한 걸음 씩 걸고 있다고 공동 창립자와 CEO는 말합니다. 가브리엘 로드리게즈-칼로. 올해 뉴욕 로체스터에있는 Re : Build ‘s Design Plant에서 개발 될이 회사 최초의 상업용 규모의 유닛은 250-500 킬로와트가 될 것입니다. Rodríguez-Calero는 그의 팀이 2026 년에 메가 와트 규모에 도달 할 계획이라고 밝혔다.
실험실 규모를 넘어 배치하려면 재생 에이브로 AEM을 구동하면 중요한 엔지니어링 장애물에 직면 해 있습니다. 실험실 척도의 고 효율은 화석 연료에 의해 구동되는 정상의 흐름을 가정하지만 재생 가능 에너지의 변동에 신속하게 대응하는 능력은 널리 테스트되지 않았습니다. 재료는 AEM의 가혹한 기본 조건을 견딜 수 있어야하기 때문에 막 내구성은 또 다른 과제입니다. 불소화 중합체 막은 효율적인 옵션이지만 물을 오염시키고 영원히 화학 물질을 소개합니다.
막 문제를 해결하기 위해 프랑스 Clermont-Ferrand에있는 Michelin과 그 연구 파트너는 협동 그들은 Alcal’Hylab이라고 부릅니다. 연구원들은 비용 효율적인 금속 촉매와 함께 화학 물질을 혼합하여 Ecolectro와 유사한 모델을 사용하여 새롭고 내구성있는 막을 개발할 것입니다. Alcal’Hylab의 목표는이 멤브레를 2027 년까지 25kW AEM 전해저 스택에 배치하는 것입니다.
“이러한 작동 조건과 오랫동안 호환되는 중합체 구조를 찾기가 어렵습니다.”라고 말합니다. Jacques Maddaluno공동 연구소를 주최 할 프랑스 국립 과학 연구 센터 (CNRS)의 화학 이사. “제로 시간에 아주 좋은 결과를 얻지 만 매우 빠르게 저하됩니다.”
녹색 수소가 재생 가능한 전기와 경쟁 할 수 있습니까?
이 문제를 해결하는 많은 연구 그룹에도 불구하고 녹색 수소에 대한 회의론은 남아 있습니다. 산업 규모로 개발하는 과학적, 경제적 장애물은 가치있는 투자Michelin과 같은 회사의 경우에도 말합니다 조셉펜실베니아 대학교의 물리학 자 및 저자 수소에 대한 과대 광고 : 기후를 구하기위한 인종의 허위 약속과 실제 해결책. “그들이 연구 기관과 거래를하고 있다는 사실은 그들이 얼마나 멀리 가야하는지 알려줍니다.”라고 그는 말합니다.
Ecolectro의 Rodríguez-Calero는 사실, 녹색 수소는 아직 과대 광고에 부응하지 않았다고 말합니다. “저는이 새로운 수소 시장의 일부 채택 속도가 많은 사람들이 바라는 것보다 느 렸다고 생각합니다.”라고 그는 말합니다. 그는 Ecolectro를 현장에서 생산 해야하는 산업 사용자를 위해 화석 연료 유래 수소와 경쟁하기위한 의미있는 단계로보고 있습니다.
그러나 이런 종류의 지점 간 대체물을 넘어서도 녹색 수소는 여전히 재생 가능한 전기와 경쟁하기 위해 고군분투하고 있습니다. 업계는 또한 수소를 장거리 운송하기위한 인프라가 부족합니다. Romm은 말합니다.“AEM의 가장 큰 문제는 수소에 단 한 가지 문제가 없다는 것입니다.”
