El નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજન ઉત્સર્જન ઘટાડવા અને ઊર્જા સ્વતંત્રતાને મજબૂત બનાવવા માટેની મુખ્ય વ્યૂહરચનાઓમાંની એક તરીકે તે યુરોપિયન ઊર્જા કાર્યસૂચિમાં સરકી ગયું છે. પરંતુ આ વચન ખર્ચ-સ્પર્ધાત્મક બનવા માટે, તેને ઉત્પન્ન કરતી તકનીકો, અને ખાસ કરીને PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સતેમને કાર્યક્ષમતા, ટકાઉપણું અને ઔદ્યોગિક માપનીયતામાં નોંધપાત્ર છલાંગ લગાવવાની જરૂર છે.
આજ સુધી, પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ તેઓ અનુકૂલન માટેના સૌથી રસપ્રદ વિકલ્પોમાંથી એક છે પવન અને ફોટોવોલ્ટેઇક ઊર્જા તેમના ઝડપી પ્રતિભાવ અને ઉચ્ચ દબાણ પર ઉચ્ચ શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે. જો કે, તેઓ પીડાય છે ઊંચા ખર્ચ અને મર્યાદિત આયુષ્યઆનાથી નવી સામગ્રી, સ્ટેક ડિઝાઇન, ડિગ્રેડેશન મોડેલ અને અદ્યતન નિયંત્રણ વ્યૂહરચનાઓમાં સંશોધનને વેગ મળ્યો છે જેથી તેમાંથી ઘણું બધું મેળવી શકાય.
PEM વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો અને અન્ય તકનીકો પરના ફાયદા
PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર એ પર આધારિત છે પોલિમરીક પ્રોટોન વિનિમય પટલ જે એનોડ અને કેથોડ વચ્ચે ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને વિભાજક તરીકે કાર્ય કરે છે. જ્યારે સીધો પ્રવાહ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પાણી એનોડ બાજુમાં નાખવામાં આવે છે, જ્યાં તે ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા અનુસાર વિઘટિત થાય છે: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. પ્રોટોન પટલને પાર કરે છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટ દ્વારા કેથોડ તરફ વાળવામાં આવે છે.
કેથોડ પર, આ પ્રોટોન ઇલેક્ટ્રોન સાથે ફરીથી જોડાય છે જે ઇલેક્ટ્રિકલ વાયરિંગ દ્વારા આવે છે અને રચાય છે હાઇડ્રોજન ગેસ (4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂)પટલ વાયુઓ માટે વ્યવહારીક રીતે અભેદ્ય હોવાથી, હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન સંપૂર્ણ રીતે અલગ થઈ જાય છે, જેના પરિણામે a ઉચ્ચ શુદ્ધતા H₂ ગેસ શુદ્ધિકરણના વધારાના તબક્કાઓની ભાગ્યે જ કોઈ જરૂર પડશે.
PEM ટેકનોલોજીનો એક મોટો ફાયદો એ છે કે તેની કામ કરવાની ક્ષમતા ઉચ્ચ પ્રવાહ ઘનતા (ઘણા A/cm² ના ક્રમમાં), આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર કરતા ઘણું વધારે. આ પટલના PFSA આયોનોમરની ઉત્તમ પ્રોટોન વાહકતાને કારણે છે અને ઓહ્મિક નુકસાનનું ન્યૂનતમકરણ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે ખૂબ જ ટૂંકા અંતર અને ખૂબ જ કોમ્પેક્ટ સેલ આર્કિટેક્ચરને કારણે.
અન્ય મુખ્ય ફાયદો છે અતિ ઝડપી પ્રતિભાવ વિદ્યુત શક્તિમાં વધઘટના પ્રતિભાવમાં, PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર થોડીક સેકન્ડોમાં હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન વધારી અથવા ઘટાડી શકે છે, જે તેમને પવન અથવા સૌર જેવા તૂટક તૂટક નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતો સાથે જોડાણ માટે આદર્શ બનાવે છે. જ્યારે વધુ ઉત્પાદન થાય છે, ત્યારે સેલ સંપૂર્ણ ક્ષમતાથી કાર્ય કરે છે; જ્યારે ઉત્પાદન ઘટે છે, ત્યારે સાધનો તેનો વપરાશ એકીકૃત રીતે ઘટાડે છે.
વૈકલ્પિક ટેકનોલોજીઓ સાથે સરખામણી કરવામાં આવે ત્યારે, આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ તેઓ મોટા પાયે એપ્લિકેશન માટે સૌથી પરિપક્વ અને આર્થિક વિકલ્પ રહે છે, જે આલ્કલાઇન જલીય દ્રાવણ (જેમ કે KOH) પર આધાર રાખે છે જે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે OH⁻ આયનોનું પરિવહન કરે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે 70 અને 90 °C વચ્ચે કાર્ય કરે છે, નિકલ ઇલેક્ટ્રોડ અને ખૂબ જ સ્થિર સતત કામગીરી સાથે, પરંતુ પ્રદર્શન કરે છે ધીમો પ્રતિભાવ સમય, વધારાના ફિલ્ટરેશન સિસ્ટમ વિના મોટા સાધનો અને ઓછી હાઇડ્રોજન શુદ્ધતા.
વિરુદ્ધ છેડે છે સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (SOEC)આ ઉપકરણો સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરીને ખૂબ ઊંચા તાપમાને (700-1.000 °C) કાર્ય કરે છે. ગરમી-સહાયિત વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણને કારણે તેમની થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતા ઉત્તમ છે, અને તેઓ કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા પ્લાન્ટ અને થર્મલ સ્ટોરેજ માટે યોગ્ય છે, પરંતુ તેમના ખર્ચ, જટિલતા અને ભૌતિક પડકારો મોટા પાયે ઉપયોગ માટે ઉચ્ચ તાપમાન હજુ પણ મહત્વપૂર્ણ અવરોધો છે.
આ બે દુનિયા વચ્ચે ઉદ્ભવે છે એનિયન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (AEM) ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સઆ સ્થિર-ઉભરતી ટેકનોલોજીનો હેતુ આલ્કલી મેટલ રેફ્રિજરેન્ટ્સના ફાયદા (ઓછી કિંમત, મૂળભૂત વાતાવરણમાં કામગીરી) ને કોમ્પેક્ટ PEM-પ્રકારના આર્કિટેક્ચર સાથે જોડવાનો છે. તેઓ આયન-વાહક પોલિમર પટલનો ઉપયોગ કરે છે, જે ઓછા ઉમદા ધાતુઓનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે અને... માટે દરવાજો ખોલે છે. ઓછો ખર્ચ અને લાંબું આયુષ્ય જ્યારે તેઓ વ્યાપારી પરિપક્વતા સુધી પહોંચે છે.
આધુનિક PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરના મહત્વપૂર્ણ ઘટકો
PEMEL માં, બધું જ પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (PEM)આ સામાન્ય રીતે નેફિયોન-પ્રકારનું PFSA આયોનોમર હોય છે. આ ફોઇલ વાયુઓને ભૌતિક રીતે અલગ કરે છે, પ્રોટોનને એનોડથી કેથોડ સુધી લઈ જાય છે અને બંને ઇલેક્ટ્રોડને ઇલેક્ટ્રિકલી ઇન્સ્યુલેટ કરે છે. તેની જાડાઈ, હાઇડ્રેશનની ડિગ્રી અને આંતરિક રચના મોટાભાગે આયનીય પ્રતિકાર અને હાઇડ્રોજન અથવા ઓક્સિજન ક્રોસિંગ નક્કી કરે છે.
આજે PFSA પટલ સાથેનો મુખ્ય પડકાર એ વચ્ચે સંતુલન શોધવાનો છે ઉચ્ચ પ્રદર્શન, સલામતી અને ટકાઉપણુંવાહકતા સુધારવા માટે, જાડાઈ ઘણીવાર ઘટાડવામાં આવે છે, પરંતુ આ ગેસ અભેદ્યતામાં વધારો કરે છે અને અધોગતિને વેગ આપે છે. એક વધુને વધુ સામાન્ય વ્યૂહરચનાનો ઉપયોગ કરવો છે પ્રબલિત પટલજ્યાં આયોનોમર સ્થિર હાડપિંજર (દા.ત., વિસ્તૃત PTFE) પર જમા થાય છે, જે વધુ યાંત્રિક મજબૂતાઈ સાથે સારું વહન પ્રાપ્ત કરે છે.
સમાંતર, પટલ આધારિત હાઇડ્રોકાર્બન પોલિમર જેમ કે SPEEK અને અન્ય સામગ્રી, સતત ફિલ્મ સ્વરૂપમાં અને ફાઇબર અથવા માઇક્રોપોરસ સપોર્ટ સાથે સંયુક્ત માળખામાં. આ વિકલ્પો ઓછા ખર્ચે વધુ સારી થર્મલ અને રાસાયણિક સ્થિરતા પ્રદાન કરી શકે છે, જો કે વાણિજ્યિક PFSA ની તુલનામાં પ્રોટોન વાહકતા અને ટકાઉપણું મૂલ્યો પ્રાપ્ત થાય.
આ ઉત્પ્રેરક આ બીજી અડચણ છે. હાલમાં, PEMEL માં ધોરણમાં કેથોડ પર હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા માટે કાર્બન-સપોર્ટેડ પ્લેટિનમ (Pt/C) અને એનોડ પર ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા માટે ઇરિડિયમ બ્લેક અથવા ઇરિડિયમ ઓક્સાઇડ (Ir, IrOx)નો સમાવેશ થાય છે. આ પ્લેટિનમ જૂથ ધાતુઓમાં ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રવૃત્તિ હોય છે, પરંતુ તે ખર્ચાળ અને દુર્લભ છે, ખાસ કરીને ઇરિડિયમ.
પુરવઠા અને ખર્ચની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, ઉત્પાદકો અને સંશોધન કેન્દ્રો કામ કરી રહ્યા છે પ્રતિ kW ઇરિડિયમ લોડ ઘટાડો અને વધુ કાર્યક્ષમ સમર્થિત ઉત્પ્રેરક વિકસાવવા. IrRuOx જેવા મિશ્ર ઓક્સાઇડ, મોટા સક્રિય સપાટી ક્ષેત્રવાળા નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ ઉત્પ્રેરક, અને ઓછી ઉમદા ધાતુ સાથે કામગીરી જાળવી શકે તેવા સંક્રમણ ધાતુઓના ઓક્સાઇડ, સલ્ફાઇડ અથવા નાઇટ્રાઇડ પર આધારિત વિકલ્પોની શોધ કરવામાં આવી રહી છે.
આ ઉત્પ્રેરકોને સ્ટેકમાં કેવી રીતે સંકલિત કરવામાં આવે છે તે મુખ્ય છે. ઉત્પ્રેરક શાહી (ઉત્પ્રેરક કણો અને PFSA આયોનોમરનું મિશ્રણ) નો ઉપયોગ... તરીકે ઓળખાતા ઉત્પાદન માટે થાય છે. ઉત્પ્રેરક-કોટેડ પટલ (CCM), પટલ-ઇલેક્ટ્રોડ એસેમ્બલી (MEA) નું કેન્દ્રિય ઘટક. સ્તરની જાડાઈ, એકરૂપતા, છિદ્રાળુતા અને આયોનોમરનું વિતરણ સક્રિય સ્થળોની સુલભતા અને પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, પાણી અને વાયુઓના એક સાથે પરિવહનને નિર્ધારિત કરે છે.
આ ગેસ ડિફ્યુઝન લેયર્સ (GDL) અથવા છિદ્રાળુ પરિવહન સ્તરો (PTL) MEA બંને બાજુએ પૂર્ણ થાય છે. કેથોડ સામાન્ય રીતે કાર્બન ફાઇબર, PTFE અને કાર્બન બ્લેક સાથે કાર્બન પેપરનો ઉપયોગ કરે છે, જે પાણીનું વિતરણ કરે છે, હાઇડ્રોજન બહાર કાઢે છે અને ઇલેક્ટ્રોનનું સંચાલન કરે છે. એનોડ ખૂબ જ ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ઉચ્ચ વાહકતા અને કાટ પ્રતિકાર સુનિશ્ચિત કરવા માટે પ્લેટિનમની ખૂબ જ પાતળી ફિલ્મ સાથે કોટેડ ટાઇટેનિયમ ફીલનો ઉપયોગ કરે છે.
માળખાકીય ભાગમાં શામેલ છે બાયપોલર પ્લેટ્સઆ પ્લેટો, જે ઇંધણ કોષના કોષોને અલગ કરે છે, એક કોષથી બીજા કોષમાં પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે અને તે ચેનલોને સમાવે છે જેના દ્વારા પાણી અને વાયુઓ પરિભ્રમણ કરે છે. PEMEL ઇંધણ કોષોમાં જોવા મળતા પરંપરાગત ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ કરતું નથી; તેના બદલે, તે કાટ અને સંપર્ક પ્રતિકારને મર્યાદિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ મીડિયાના સંપર્કમાં સપાટી પર સોના અને પ્લેટિનમ કોટિંગ્સથી સુરક્ષિત ટાઇટેનિયમ પ્લેટોનો ઉપયોગ કરે છે.
એક ખૂબ જ ગુપ્ત પણ આવશ્યક તત્વ છે ગાસ્કેટ અને સીલિંગ સામગ્રીઆ શીટ્સ અથવા ટેપ્સ (EPDM, FKM, PTFE, સિલિકોન, વગેરે) ખાતરી કરે છે કે પાણી, હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન તેમના સર્કિટમાં મર્યાદિત રહે છે, લીક અથવા અનિચ્છનીય મિશ્રણને અટકાવે છે. તેમની ડિઝાઇન બાયપોલર પ્લેટ્સ અનુસાર ચોક્કસ રીતે તૈયાર કરવામાં આવી છે, અને ફોર્મ્યુલેશન અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં નોંધપાત્ર નવીનતાનું રોકાણ કરવામાં આવ્યું છે, જેના પરિણામે ટકાઉ, લીક-પ્રૂફ સીલ બને છે જે ઓટોમેટેડ લાઇનમાં એકીકૃત થવામાં સરળ છે.
PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સના સુધારણા માટે સંશોધન અને વિકાસ પ્રોજેક્ટ્સ: HEDERA અને SMARTH2PEM
સ્પેનમાં, ઘણા અગ્રણી પ્રોજેક્ટ્સ સીધા ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી રહ્યા છે PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સમાં સુધારો ગ્રીન હાઇડ્રોજન અર્થતંત્રને વેગ આપવા માટે. તેમાં HEDERA અને SMARTH2PEMનો સમાવેશ થાય છે, જે ITE, AIDIMME અને AIJU જેવી ટેકનોલોજીકલ સંસ્થાઓ દ્વારા પ્રમોટ કરવામાં આવે છે, જે IVACE+i R&D કાર્યક્રમો અને ERDF સહ-ધિરાણના સમર્થન સાથે છે.
આ પ્રોજેક્ટ હેડેરા તેની કલ્પના સસ્તા અને વધુ ટકાઉ નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને કરવામાં આવી હતી, જે વાસ્તવિક દુનિયાની ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓમાં સીમલેસ એકીકરણ માટે સક્ષમ છે. તે સ્પષ્ટ નિદાનમાંથી ઉદ્ભવે છે: વર્તમાન PEM ઉચ્ચ-શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન પ્રદાન કરે છે અને નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતો માટે યોગ્ય છે, પરંતુ તેમની કિંમત અને અકાળ અધોગતિ વ્યાપક જમાવટ માટે મહત્વપૂર્ણ અવરોધો છે.
આ સમસ્યાઓના ઉકેલ માટે, HEDERA વિકાસ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે નવા PEM ઇલેક્ટ્રોડ્સ આ અદ્યતન કોટિંગ તકનીકો દ્વારા લાગુ કરાયેલ ઉત્પ્રેરક શાહીઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. ધ્યેય સુધારેલ કાર્યક્ષમતા, વધુ ટકાઉપણું (કિંમતી ધાતુઓ પર ઓછી નિર્ભરતા) અને ઘટાડા સાથે સક્રિય સ્તરો મેળવવાનો છે, જેનાથી સિસ્ટમની કામગીરી અને આયુષ્ય બંનેમાં વધારો થાય છે.
સમાંતર રીતે, કન્સોર્ટિયમ વિકાસ કરી રહ્યું છે a આગાહીત્મક અધોગતિ મોડેલ આ મોડેલ નવીનીકરણીય ઉર્જા ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સાધનોના વાસ્તવિક ઘસારાની અપેક્ષા રાખવાની મંજૂરી આપશે: વારંવાર શરૂ થવું અને બંધ થવું, લોડમાં ફેરફાર, ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સમાં વાદળ આવરણ, અચાનક પવનમાં ફેરફાર, વગેરે. આ મોડેલ દ્વારા, ઇંધણ કોષના જીવનકાળને વધારવા અને ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજનની કિંમત ઘટાડવા માટે બુદ્ધિશાળી ઓપરેટિંગ વ્યૂહરચનાઓને વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે.
ટેકનોલોજીકલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ એનર્જી (ITE) ધારે છે કે નવા ઇલેક્ટ્રોડ્સનું ઉત્પાદન અને સંપૂર્ણ લાક્ષણિકતા તેમની પ્રયોગશાળાઓમાં, તેમને પ્રમાણભૂત અને તાણની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ પરીક્ષણો માટે આધીન. લોરેન્ટિયા ટેક્નોલોજીસ વધુ કાર્યક્ષમ અને ટકાઉ ઉત્પ્રેરકો બનાવવા અને માન્ય કરવા માટે અદ્યતન સામગ્રીમાં તેની જાણકારીનું યોગદાન આપે છે, જ્યારે ગેલેસા એક ઓફર કરે છે વાસ્તવિક ઔદ્યોગિક ઉપયોગનો કિસ્સોભઠ્ઠીઓમાં સીધા ઉપયોગ માટે ફોટોવોલ્ટેઇક સરપ્લસનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજનનું સ્થળ પર ઉત્પાદન, કુદરતી ગેસને આંશિક રીતે વિસ્થાપિત કરીને.
લિંકનર સુવિધા આપીને વર્તુળ પૂર્ણ કરે છે વાસ્તવિક ફોટોવોલ્ટેઇક ઉત્પાદન અને વપરાશ વક્ર સ્વ-વપરાશ ગ્રાહકોની સંખ્યા. આ ડેટા સાથે, લાક્ષણિક ક્ષણિક (વાદળો, પરોઢ, સાંજ, સ્ટાર્ટ-અપ્સ, સ્ટોપ્સ) જે ઇંધણ કોષોના અધોગતિને અસર કરે છે તેનું વર્ણન કરવામાં આવે છે, અને ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર વિસ્તરણને ધ્યાનમાં લેતા, વિવિધ વપરાશકર્તા પ્રોફાઇલ્સમાં વધારાની ઊર્જા સાથે હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવાની તકનીકી અને આર્થિક શક્યતાનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવે છે.
HEDERA ના અપેક્ષિત પરિણામો સંબંધિત વાતાવરણમાં પ્રદર્શન સ્તરે છે: સુધારેલ PEM ઇલેક્ટ્રોડ્સ, માન્ય ડિગ્રેડેશન મોડેલ, ડિજિટલ પ્લાન્ટ મોડેલમાં સંકલિત એક ઑપ્ટિમાઇઝેશન અલ્ગોરિધમ અને ITE હાઇડ્રોજન પાઇલટ પ્લાન્ટ પર મૂલ્યાંકન કરાયેલ અનેક ઓપરેટિંગ દૃશ્યો, જે બળતણ કોષોમાં ઉત્પાદન (PEM અને આલ્કલાઇન), સંગ્રહ અને વપરાશને એકીકૃત કરે છે.
તેના ભાગ માટે, પ્રોજેક્ટ સ્માર્ટથ2પેમ તે ઓછી શક્તિ (લગભગ 1 kW) PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરના વિકાસને અનુસરે છે પરંતુ સ્પર્ધાત્મક ખર્ચ અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન: 99,99% શુદ્ધતા અને 15 બારથી વધુ દબાણ સાથે હાઇડ્રોજન. વિચાર એ છે કે એક મોડ્યુલર મોડ્યુલ હોય જેને નવીનીકરણીય ઉર્જા સાથે સ્માર્ટ ગ્રીડમાં એકીકૃત કરી શકાય, વધારાના ઉત્પાદનનો લાભ લઈ શકાય અને માંગ વધુ હોય ત્યારે ઊર્જા પરત કરી શકાય.
આ હાંસલ કરવા માટે, SMARTH2PEM બે મુખ્ય રેખાઓની આસપાસ રચાયેલ છે: ઘટાડો મુખ્ય ઘટકોનો ખર્ચ (પટલ, બાયપોલર પ્લેટ્સ અને ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ) કાર્યક્ષમતા ગુમાવ્યા વિના, અને દરેક ઘટકની ઑપ્ટિમાઇઝ ડિઝાઇન અને સલામત અને કાર્યક્ષમ કામગીરી સુનિશ્ચિત કરવા માટે સંપૂર્ણ સ્ટેક. આ બધું વર્તમાન તકનીકોની તુલનામાં એક મજબૂત અને સ્પર્ધાત્મક સિસ્ટમ પ્રદાન કરવાના ઉદ્દેશ્ય સાથે.
AIDIMME, AIJU, અને ITE મુખ્ય તકનીકી પડકારો શેર કરે છે. તેમાંથી એક છે નવા પોલિમરીક પટલનો વિકાસ આ પટલ ઉચ્ચ-દબાણ કામગીરી માટે અનુકૂળ છે, ઉચ્ચ આયન વિનિમય ક્ષમતા અને સારા યાંત્રિક પ્રતિકાર સાથે. ઉદાહરણ તરીકે, SPEEK-આધારિત પટલ સાથે કામ કરવામાં આવ્યું છે, સંશ્લેષણ પરિમાણોને સમાયોજિત કરવા અને તેમની વાહકતા, પાણી શોષણ, રાસાયણિક સ્થિરતા અને થર્મલ ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે.
બીજો મુખ્ય બ્લોક છે અદ્યતન ઇલેક્ટ્રોડનું ઉત્પાદન MEA માટે, બંને કમ્પાર્ટમેન્ટ માટે ઇલેક્ટ્રોડ્સ બનાવવામાં આવ્યા છે: પ્લેટિનમ ઉત્પ્રેરક સાથે કેથોડ્સ અને ઇરિડિયમ ઓક્સાઇડ સાથેના એનોડ, કાર્બન પેપર સપોર્ટ (કેથોડિક બાજુ) અને પ્લેટિનાઇઝ્ડ ટાઇટેનિયમ ગ્રીડ (એનોડિક બાજુ) પર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને જમા કરવામાં આવે છે. માઇક્રોસ્કોપિક વિશ્લેષણ સારા ઉત્પ્રેરક વિતરણ દર્શાવે છે, જોકે સક્રિય ક્ષેત્રને મહત્તમ બનાવવા માટે મોટા સપાટી ક્ષેત્ર સાથે સપોર્ટ શોધવાનું કાર્ય ચાલી રહ્યું છે.
નવા લોકોની પણ તપાસ કરવામાં આવી રહી છે વધુ સારા વિક્ષેપ અને એકરૂપ વિતરણ સાથે વિદ્યુતઉત્પ્રેરકો સક્રિય સ્થળોનું પ્રમાણ, કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કર્યા વિના ઉત્પ્રેરક ભાર ઘટાડવા માટે કણોનું કદ ઘટાડવું. આમાં ઇલેક્ટ્રોડ અને પટલ વચ્ચેના આકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોડમાં આયોનોમર સામગ્રી અને સપોર્ટ સબસ્ટ્રેટની છિદ્રાળુતાને સમાયોજિત કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જેથી સમગ્ર સ્તરમાં આયનીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક વહન એકસાથે વધે.
આ માટે બાયપોલર પ્લેટ્સઆ પ્રોજેક્ટ ઓછી કિંમતની સામગ્રી પર વૈકલ્પિક કાટ-પ્રતિરોધક સારવારની શોધ કરે છે, જેનો હેતુ ઘન ટાઇટેનિયમને આંશિક રીતે હાઇબ્રિડ સોલ્યુશન્સ (કોટેડ સ્ટીલ્સ, એલોય સંયોજનો, વગેરે) સાથે બદલવાનો છે જે સ્ટેક ખર્ચ ઘટાડો સેવામાં સ્થિરતા સાથે સમાધાન કર્યા વિના.
SMARTH2PEM માં a નો વિકાસ પણ શામેલ છે પ્લેટ કોટિંગ સિસ્ટમ કિંમતી ધાતુઓનો ઉપયોગ ઘટાડવા અને દબાણ, તાપમાન અને ઓક્સિડાઇઝિંગ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ હેઠળ PEM ની લાક્ષણિકતા હેઠળ આયુષ્ય વધારવા માટે, PVD અથવા અન્ય ડિપોઝિશન પ્રક્રિયાઓ જેવી અદ્યતન તકનીકો દ્વારા.
સ્ટેક અને સિંગલ-સેલ ડિઝાઇનને ટૂલ્સનો ઉપયોગ કરીને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે પ્રવાહી ગતિશીલ, માળખાકીય અને થર્મલ સિમ્યુલેશનસિંગલ કોષના વર્તનને માન્ય કરવા, ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને મેમ્બ્રેનની કામગીરીનું લક્ષણ દર્શાવવા અને વિકસિત ઉકેલોની વ્યાપારી સંદર્ભ તત્વો સાથે તુલના કરવા માટે એક ચોક્કસ પરીક્ષણ બેન્ચ બનાવવામાં આવી છે.
સમાંતર રીતે, પ્રોજેક્ટમાં શામેલ છે બુદ્ધિશાળી નિયંત્રણ સિસ્ટમ જે હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનનું સુરક્ષિત અને કાર્યક્ષમ રીતે સંચાલન કરે છે, નવીનીકરણીય ઉર્જા ઉત્પાદન સાથે જોડાયેલી ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓનું અનુકરણ કરે છે. વિચાર એ છે કે અંતિમ પ્રોટોટાઇપને સ્માર્ટ ગ્રીડમાં એકીકૃત કરી શકાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરને હાઇડ્રોજન-આધારિત ઉર્જા સંગ્રહનો મુખ્ય ઘટક બનાવે છે.
નવીનીકરણીય ઊર્જા અને ચોક્કસ એપ્લિકેશનો સાથે PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સનું એકીકરણ
PEM ટેકનોલોજીની મોટી તાકાત એ છે કે તે લગભગ હાથમોજાની જેમ ફિટ થઈ શકે છે પરિવર્તનશીલ નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોતેમના ઝડપી પ્રતિભાવ અને વિશાળ લોડ રેન્જમાં કાર્ય કરવાની ક્ષમતાને કારણે, આ સિસ્ટમો વધારાના ફોટોવોલ્ટેઇક અથવા પવન ઉર્જા ઉત્પાદનને શોષી લે છે અને તેને સંગ્રહિત હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
ની અરજીઓમાં .ર્જા સંગ્રહઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ પછી ઇંધણ કોષો, અનુકૂલિત ટર્બાઇનમાં અથવા ગેસ નેટવર્કમાં ઇન્જેક્ટ કરી શકાય છે, જે વિદ્યુત ગ્રીડને સુગમતા પ્રદાન કરે છે. ગેલેસા જેવા પ્રોજેક્ટ્સ, જે ફોટોવોલ્ટેઇક સરપ્લસમાંથી ઔદ્યોગિક ભઠ્ઠીઓમાં હાઇડ્રોજનના સીધા ઉપયોગનું વિશ્લેષણ કરી રહ્યા છે, તે સઘન થર્મલ પ્રક્રિયાઓમાં કુદરતી ગેસને ક્રમશઃ બદલવા માટે આ એકીકરણની સંભાવના દર્શાવે છે.
ક્ષેત્રમાં હાઇડ્રોજન ગતિશીલતાPEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ ફ્યુઅલ સેલ વાહનો, ટ્રેનો, ભારે ટ્રકો અને ખાસ એપ્લિકેશનો (લશ્કરી, એરોસ્પેસ, લાંબા અંતરના પરિવહન) માટે રિફ્યુઅલિંગ સ્ટેશનોને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન સપ્લાય કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. ઉચ્ચ આઉટલેટ દબાણ અને ગેસ શુદ્ધતા કમ્પ્રેશન, સ્ટોરેજ અને સપ્લાય ચેઇનને નોંધપાત્ર રીતે સરળ બનાવે છે.
PEM ટેકનોલોજી પણ એક વિશિષ્ટ સ્થાન શોધે છે ક્લાસિક ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોજ્યાં હાઇડ્રોજન એક આવશ્યક કાચો માલ છે: તેલ શુદ્ધિકરણ, એમોનિયા ઉત્પાદન, મિથેનોલ સંશ્લેષણ, અથવા ધાતુ પ્રક્રિયા. જેમ જેમ ડીકાર્બોનાઇઝેશન લક્ષ્યો વધુ માંગવાળા બનતા જાય છે, તેમ તેમ ગ્રે હાઇડ્રોજનને ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દ્વારા ઉત્પાદિત લીલા હાઇડ્રોજનથી બદલવાથી સ્પર્ધાત્મકતા અને નિયમનકારી પાલનનું મુખ્ય ચાલક બનશે.
બજારના દૃષ્ટિકોણથી, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર માટે ઘટકોની માંગ આગામી વર્ષોમાં મેમ્બ્રેન, ઉત્પ્રેરક, GDL, બાયપોલર પ્લેટ્સ અને ગાસ્કેટ જેવી સામગ્રીનું બજાર આસમાને પહોંચવાની અપેક્ષા છે, જો ગ્રીન હાઇડ્રોજન ડિપ્લોયમેન્ટ યોજનાઓ સાકાર થાય તો વૈશ્વિક સ્તરે અબજો ડોલર સુધી પહોંચશે. આ સામગ્રી ઉત્પાદકો, સાધનો સપ્લાયર્સ અને એન્જિનિયરિંગ કંપનીઓ માટે તકોની શ્રેણી ખોલે છે.
ઇરિડિયમ જેવા દુર્લભ સંસાધનોની મર્યાદાઓનો સામનો કર્યા વિના તે તકનો લાભ લેવા માટે, મોટાભાગના પ્રયાસો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવશે મેમ્બ્રેન કમ્પોઝિટ મટિરિયલ્સ, ઓછા ચાર્જવાળા ઉત્પ્રેરકોમાં નવીનતા લાવોઅદ્યતન કોટિંગ્સ અને મોડ્યુલર સ્ટેક આર્કિટેક્ચર. સીસીએમ અને મેમ્બ્રેનનું ઉત્પાદન કરવા માટે સતત રોલ-ટુ-રોલ પ્રક્રિયાઓનું ઔદ્યોગિકીકરણ, તેમજ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા કોટિંગ તકનીકો, ખર્ચ ઘટાડવા અને મોટા પાયે સુસંગત કામગીરી સુનિશ્ચિત કરવા માટે ચાવીરૂપ બનશે.
આ સંદર્ભમાં, ટેકનોલોજીકલ સંસ્થાઓ અને કંપનીઓનું કાર્ય જે પહેલાથી જ વિકાસ કરી રહી છે આગામી પેઢીના PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સડિગ્રેડેશન મોડેલ્સ અને બુદ્ધિશાળી નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ એવા બજારમાં પોતાને સ્થાન આપવાની દિશામાં એક પગલું આગળ દર્શાવે છે જે, બધી રીતે, આગામી દાયકા દરમિયાન ખૂબ જ મજબૂત રીતે વધશે.
PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સની આસપાસની આ બધી પ્રવૃત્તિ એક ચિત્ર દોરે છે જેમાં અદ્યતન સામગ્રી, ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ પાઇલ ડિઝાઇન, ડિજિટલ એકીકરણ અને આગાહી મોડેલોનું સંયોજન વધુ કાર્યક્ષમ ઉપકરણોની ઉપલબ્ધતાને સક્ષમ બનાવશે. મજબૂત, કાર્યક્ષમ અને સસ્તુંજેમ જેમ આ સુધારાઓને એકીકૃત કરવામાં આવશે અને પ્રયોગશાળાઓ અને પાયલોટ પ્રોજેક્ટ્સમાંથી વાણિજ્યિક એપ્લિકેશનોમાં ખસેડવામાં આવશે, તેમ ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન સ્પર્ધાત્મકતા અને વિશ્વસનીયતામાં વધારો કરશે, જે યુરોપિયન ઊર્જા સંક્રમણમાં આ ઊર્જા વેક્ટરના વચનથી નક્કર વાસ્તવિકતા તરફના સંક્રમણને સરળ બનાવશે.