Matalan lämpötilan vesielektrolysaattorit – edut, pullonkaulat ja näkymät

Vihreä vety (GH₂) tuotetaan elektrolyysillä vettä uusiutuvalla sähköllä, kuten tuuli-, aurinko-, vesi- tai lämpöenergialla toimivassa elektrolyysilaitteessa (<0.1 % maailmanlaajuisesta vedyn tuotannosta verrattuna 99 % fossiilisiin polttoaineisiin). Jotkut viimeaikaiset markkinaraportit osoittavat, että 400–550 miljoonaa tonnia GH:ta₂ valmistetaan elektrolyysillä, joka vaatii 3000–4000 GW elektrolyysilaitteita (noin 3000–4000-kertainen elektrolyysikapasiteetin lisäys vuoteen 2050 mennessä).

Vesielektrolysaattorit ja erityisesti matalan lämpötilan vesielektrolysaattoritekniikat (LT-WE) riippuvat voimakkaasti (i) käytetyistä materiaaleista, eli katalyyteistä, elektrolyyteistä, erottimista, elektrodeista, huokoisista kuljetuskerroksista/kaasudiffuusiokerroksista ja (ii) käyttölämpötiloista ja -paineista. Tällä hetkellä LT-WE:tä on kolme päätyyppiä, nimittäin: (i) protoninvaihtokalvovesielektrolysaattori (PEMWE), (ii) alkalivesielektrolysaattori (AWE) ja (iii) anioninvaihtokalvovesielektrolysaattori (AEMWE). Kaikille LT-WE-materiaaleille ja järjestelmille (esim. laitostasapainolle) tarvitaan lisätutkimusta ja kehitystä tehokkuuden, suorituskyvyn ja kestävyyden parantamiseksi sekä kustannusten vähentämiseksi.

Tämä esitys korostaa uusinta tekniikkaa, etuja, pullonkauloja (esim. kriittiset raaka-aineet, kalvot, hajoaminen, kustannukset), kustannusten vähentämisstrategioita (materiaalit, pinot ja järjestelmätasot), mahdollisia reittejä tärkeimpien ongelmien ratkaisemiseksi ja tärkeimmät suoritusindikaattorit ja teknologiatavoitteet kaikille LT-WE-tekniikoille.

Bruno G Pollet on kemian professori Université du Québec à Trois-Rivièresissä (UQTR), UQTR Green Hydrogen Labin (GH2Lab) johtaja, UQTR Institute for Hydrogen Researchin (IHR) apulaisjohtaja ja uusiutuvan energian dosentti Norjan tiede- ja teknologiayliopisto (NTNU). Hän on työskennellyt vetyenergian parissa Isossa-Britanniassa, Japanissa, Etelä-Afrikassa, Norjassa ja Kanadassa. Hänellä on kaksi arvostettua tutkimustuolia, NSERC Tier 1 Canada Research Chair in Green Hydrogen Production ja Innergex Renewable Energy Research Chair (osan rahoittaa Quebecin talous- ja innovaatioministeriö), jotka keskittyvät seuraavan sukupolven vesielektrolysaattoreihin ja vedyn tuotantoteknologioihin. . Hän on myös Kansainvälisen vetyenergiayhdistyksen (IAHE) Green Hydrogen Divisionin puheenjohtaja. Hänet kutsuttiin äskettäin liittymään Energy Transitionin insinöörien neuvostoon (CEET), joka on Yhdistyneiden Kansakuntien pääsihteerin riippumaton neuvoa-antava neuvosto, ja hänelle myönnettiin IAHE Sir William Grove -palkinto uraauurtavasta työstään vedyn ja polttokennojen alalla. ja elektrolyysiteknologiat.

Professori Pollet suoritti tohtorin tutkinnon fysikaalisesta kemiasta Coventryn yliopistossa ja suoritti sähkökatalyysin postdoc Liverpoolin yliopistossa. Hänen tutkimuksensa kattaa monia aloja uusien materiaalien kehittämisestä matalalämpöisiin polttokennoihin ja vesielektrolysaattoreihin, vedyn tuotannosta (ei-)puhtaista vesistä, orgaanisista aineista ja biojätteistä polttokenno- ja elektrolyysijärjestelmiin, demonstraatioihin ja prototyyppeihin. Hänen tutkimuksensa keskittyy myös ultraääneen ja sonoelektrokemiaan polttokenno- ja elektrolyysimateriaalien tuottamiseksi sekä sähkökemiallisten prosessien parantamiseksi. Hän on kirjoittanut kaksi kirjaa, toimittanut yli 17 ja julkaissut yli 25 kirjalukua vedystä ja polttokennoista, sonokemiasta ja sonoelektrokemiasta. Hän piti yli 200 pääpuheenvuoroa ja kutsui puheenvuoroja erilaisiin kansainvälisiin tapahtumiin.