Máy điện giải nước nhiệt độ thấp – ưu điểm, nút thắt cổ chai và triển vọng

Hydro xanh (GH₂) được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước trong máy điện phân, chạy bằng điện tái tạo, ví dụ: gió, mặt trời, thủy điện, nhiệt điện, (<0.1% sản lượng hydro toàn cầu so với 99% từ nhiên liệu hóa thạch). Một số báo cáo thị trường gần đây chỉ ra rằng từ 400 đến 550 triệu tấn GH₂ sẽ được sản xuất bằng phương pháp điện phân, cần 3000–4000 GW máy điện phân (tăng khoảng 3000–4000 lần công suất máy điện phân vào năm 2050).

Công nghệ điện phân nước và đặc biệt là công nghệ điện phân nước nhiệt độ thấp (LT-WE) phụ thuộc rất nhiều vào (i) vật liệu được sử dụng, tức là chất xúc tác, chất điện phân, chất phân tách, điện cực, lớp vận chuyển xốp/lớp khuếch tán khí và (ii) nhiệt độ và áp suất làm việc. Hiện tại, có ba loại LT-WE chính, đó là: (i) máy điện giải nước màng trao đổi proton (PEMWE), (ii) máy điện giải nước kiềm (AWE) và (iii) máy điện giải nước màng trao đổi anion (AEMWE). Đối với tất cả LT-WE, cần có thêm Nghiên cứu & Phát triển về vật liệu và hệ thống (ví dụ: cân bằng nhà máy) để cải thiện đáng kể hiệu quả, hiệu suất và độ bền, cũng như giảm chi phí.

Phần trình bày này nêu bật những công nghệ tiên tiến nhất, lợi ích, tắc nghẽn (ví dụ: nguyên liệu thô quan trọng, màng, sự phân hủy, chi phí), chiến lược giảm chi phí (vật liệu, cấp độ ngăn xếp và hệ thống), các lộ trình tiềm năng để khắc phục các vấn đề chính và các chỉ số hiệu suất chính và mục tiêu công nghệ cho tất cả các công nghệ LT-WE.

Bruno G Pollet là giáo sư hóa học tại Đại học Québec à Trois-Rivières (UQTR), giám đốc Phòng thí nghiệm hydro xanh UQTR (GH2Lab), phó giám đốc Viện nghiên cứu hydro UQTR (IHR), và phó giáo sư năng lượng tái tạo tại Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU). Ông đã làm việc về năng lượng hydro ở Anh, Nhật Bản, Nam Phi, Na Uy và Canada. Ông nắm giữ hai vị trí chủ tịch nghiên cứu danh giá, Chủ tịch Nghiên cứu Canada Cấp 1 của NSERC về Sản xuất Hydro Xanh và Chủ tịch Nghiên cứu Năng lượng Tái tạo Innergex (được tài trợ một phần bởi Bộ Kinh tế và Đổi mới Quebec) tập trung vào thế hệ tiếp theo của máy điện phân nước và công nghệ sản xuất hydro. . Ông cũng là chủ tịch của Bộ phận Hydro Xanh của Hiệp hội Năng lượng Hydro Quốc tế (IAHE). Gần đây, ông đã được mời tham gia Hội đồng kỹ sư về chuyển đổi năng lượng (CEET): Hội đồng cố vấn độc lập cho Tổng thư ký Liên hợp quốc và được trao Giải thưởng Sir William Grove của IAHE cho công trình đột phá của ông về hydro, pin nhiên liệu và công nghệ điện phân.

Giáo sư Pollet đã hoàn thành luận án tiến sĩ hóa lý tại Đại học Coventry và tiến sĩ sau tiến sĩ về xúc tác điện tại Đại học Liverpool. Nghiên cứu của ông bao gồm nhiều lĩnh vực từ phát triển vật liệu mới cho pin nhiên liệu nhiệt độ thấp và máy điện phân nước, sản xuất hydro từ nước (không) tinh khiết, chất hữu cơ và chất thải sinh học đến pin nhiên liệu và hệ thống điện phân, thiết bị trình diễn và nguyên mẫu. Nghiên cứu của ông cũng tập trung vào siêu âm và điện hóa âm để sản xuất pin nhiên liệu và vật liệu điện phân, đồng thời cải thiện các quá trình điện hóa. Ông là tác giả của hai cuốn sách, đã biên tập hơn 17 cuốn và xuất bản hơn 25 chương sách về hydro và pin nhiên liệu, hóa âm và hóa âm điện. Ông đã có hơn 200 bài phát biểu quan trọng và được mời nói chuyện tại các sự kiện quốc tế khác nhau.