Wodór z ulepszonych ogniw paliwowych w połączeniu z materiałami odnawialnymi
Zaspokojenie światowego zapotrzebowania na energię w sposób zrównoważony, minimalizujący zarówno zależność od niestabilnego rynku paliw kopalnych, jak i emisje związane z ich spalaniem, to jedno z kluczowych wyzwań, przed jakimi stoi ludzkość w XXI wieku. Aby jak najefektywniej wykorzystać nadwyżki wytwarzanej energii elektrycznej z RES do elektrolizy wody i produkcji czystego wodoru, trzeba rozwiązać problemy dotyczące kosztów, wydajności, stabilności i sprawności ogniw paliwowych z polimerową membraną elektrolityczną (PEM). Finansowany ze środków UE projekt ELECTROHYPEM (Enhanced performance and cost-effective materials for long-term operation of PEM water electrolysers coupled to renewable power sources) powstał, aby umożliwić powszechne zastosowanie infrastruktury do zdecentralizowanej produkcji wodoru w budynkach mieszkalnych. Inicjatywa koncentrowała się na stworzeniu tanich elektrokatalizatorów, elektrod zawierających małe ilości metali szlachetnych oraz solidnych membran. Wśród polimerowych membran elektrolitycznych opracowanych przez partnerów projektu znalazły się nowe wzmocnione membrany zawierające kwas perfluorosulfonowy z krótkołańcuchowym jonomerem perfluorowanym i membrany z węglowodorów sulfonowanych, jak i również ich kompozyty z filtrami organicznymi. Założeniami dla tych membran była wysoka przewodność jonów, szeroki zakres temperatury roboczej (do 150°C) i lepsza odporność w porównaniu z ich konwencjonalnymi odpowiednikami. Obejmowały one również zmniejszoną degradację mechaniczną w warunkach działania wysokiego ciśnienia. Opracowano elektrokatalizatory zawierające małe ilości metali szlachetnych i nanorozmiarowe mieszane tlenki do reakcji wydzielania tlenu (OER) i wodoru (HER) oraz nowe elektrokatalizatory z metali nieszlachetnych do reakcji wydzielania tlenu. Zespoły elektrod membranowych (MEA) o dużej powierzchni na bazie tych komponentów przetestowano na prototypach elektrolizera PEM. Stos zintegrowano z układem i poddano ocenie pod względem trwałości w stabilnych warunkach pracy jak i również w obecności profili symulujących warunki nieregularne. Projekt ELECTROHYPEM stanowił próbę wyeliminowania wszystkich aktualnych barier utrudniających powszechne komercyjne zastosowanie systemów wykorzystujących RES do elektrolizy wody i produkcji wodoru. Nowe membrany i elektrokatalizatory umożliwią znaczącą poprawę wydajności i trwałości, a jednocześnie obniżyć koszty takich instalacji.
Słowa kluczowe
Źródła energii odnawialnej, elektroliza, wodór, ogniwa paliwowe z membraną do wymiany protonów, ELECTROHYPEM, elektrokatalizatory, jonomery sulfonianu perfluoru, membrany z węglowodorów sulfonowanych, zespoły elektrod membranowych
