Elektroliza: Freudenberg Sealing Technologies (FST) oferuje klientom rozwiązania uszczelniające dla trzech wiodących technologii.
Zrównoważony system energetyczny przyszłości brzmi bardzo prosto w trzech prostych zdaniach: elektrolizery rozdzielają wodę na wodór i tlen za pomocą zielonej energii elektrycznej. Energia zmagazynowana w wodorze jest następnie przekształcana z powrotem w energię elektryczną w ogniwach paliwowych. Uzyskana w ten sposób energia elektryczna zasila pojazdy, systemy ogrzewania budynków, huty czy zakłady chemiczne.
W praktyce podstawa całej sprawy, czyli produkcja zielonego wodoru w postaci elektrolizy wody, jest wciąż w powijakach. Ale się rozwija. „Bardzo mocno wierzę w zielony wodór jako jedną z gałęzi przemysłu przyszłości” – mówi Artur Mähne, Global Segment Manager Hydrogen Technologies. Przypisuje on ważną rolę FST jako partnerowi rozwojowemu dla producentów elektrolizerów. W końcu elektrolizery wymagają setek uszczelek w stosach i ogniwach, podobnie jak ogniwa paliwowe. FST posiada wiedzę w zakresie materiałów, produkcji i procesów, aby opracować te uszczelki do konkretnych zastosowań i produkować je w małych i dużych ilościach.
AEL, PEM czy AEM?
Obecnie równolegle opracowywane są różne technologie elektrolizy. „W FST skupiamy się przede wszystkim na technologii PEM i AEM. Tutaj mamy głębokie zrozumienie zastosowań, jesteśmy silnie pozycjonowani pod względem materiałów i mamy bardzo dobry dostęp do rynku. W trzecim istotnym dla nas procesie, elektrolizie alkalicznej (AEL), intensywnie pracujemy nad odpornością chemiczną materiału uszczelniającego na roztwór alkaliczny stosowany jako elektrolit” – wyjaśnia Mähne.
Artur Mähne jest Global Segment Manager Hydrogen Technologies w Freudenberg Sealing Technologies.
Każdy z tych procesów ma inne mocne strony i nadaje się do różnych zastosowań (patrz poniżej). „Zakładamy, że wszystkie trzy technologie będą dla nas istotne w nadchodzących dziesięcioleciach” – szacuje ekspert FST.
Jedną z nadrzędnych dyscyplin nie jest dostarczanie klientom luźnych uszczelek, ale tak zwanych aplikacji 2K. Oznacza to, że FST integruje uszczelkę bezpośrednio z płytą dwubiegunową, na przykład, lub z ramą termoplastyczną lub metalową, która otacza płytę. Ta dwuskładnikowa integracja oferuje klientom wartość dodaną. Między innymi ułatwia im montaż. Zapewnia też wysoki poziom niezawodności procesu, jeśli chodzi o zapobieganie wyciekom.
W tym celu uszczelka może być formowana bezpośrednio na nośniku, co nazywane jest obtryskiem. Uszczelka i nośnik są też łączone mechanicznie. „Mamy duże doświadczenie w takich procesach łączenia, tj. stabilnego łączenia elastomeru z metalem lub tworzywem sztucznym. Obecnie pracujemy nad różnymi sprytnymi rozwiązaniami dla elektrolizerów” – mówi Mähne.
Wiele ścieżek prowadzi do celu
Jeśli chodzi o ekologiczną elektrolizę wody, trzy z czterech różnych procesów okazują się obiecujące dla Freudenberg Sealing Technologies (FST). Ich zalety i wady:
Elektroliza AEL (elektroliza alkaliczna)
Elektrolizery alkaliczne są już używane na całym świecie na skalę przemysłową i są najbardziej wypróbowane i przetestowane. Wykorzystują one stosunkowo niedrogie materiały i charakteryzują się wysoką długoterminową stabilnością. Idealnie nadają się do stacjonarnej produkcji wodoru na dużą skalę przy stałym zasilaniu.
Wydajność elektrolizerów AEL jest ograniczona. Wymagają one również ciągłej pracy, co czyni je mniej odpowiednimi dla naturalnie zmiennych dostaw energii z elektrowni wiatrowych i słonecznych. Elektrolizery AEL wykorzystują korozyjny alkaliczny roztwór wodorotlenku potasu lub wodorotlenek sodu jako elektrolit, co stanowi wyzwanie dla bezpieczeństwa i technologii uszczelniania. Elektrolizery AEL działają przy ograniczonym ciśnieniu, co oznacza, że wyprodukowany wodór musi być następnie silnie sprężony w celu przechowywania i transportu przy użyciu dużej ilości energii. Ponadto zajmują one dużo miejsca i są bardzo ciężkie, co sprawia, że są bardziej odpowiednie do zastosowań przemysłowych.
Elektroliza PEM (elektroliza membranowa z wymianą protonów)
W elektrolizerach PEM zamiast ciekłego elektrolitu stosowana jest gazoszczelna „membrana wymiany protonów”, w skrócie PEM. Kompaktowe elektrolizery PEM wyróżniają się wysoką sprawnością i wysokim stopniem efektywności. Ponadto szybko i elastycznie dostosowują się do dużych wahań obciążenia, jak ma to miejsce w przypadku odnawialnych źródeł energii.
Proces ten wymaga użycia drogich metali szlachetnych, takich jak platyna lub iryd, na elektrodach. Elektroliza PEM jest stosunkowo nowa i dlatego wciąż ma duży potencjał do dalszego rozwoju technicznego, który jest również niezbędny, na przykład pod względem odporności na zanieczyszczenia i żywotności.
Elektroliza AEM (elektroliza membranowa z wymianą anionów)
Proces „membrany anionowymiennej” (AEM) łączy w sobie zalety elektrolizy alkalicznej z elastycznością proceduralną i wydajnością elektrolizy PEM. Ponieważ proces przebiega w warunkach lekko alkalicznych, w elektrodach można stosować niedrogie katalizatory niezawierające metali szlachetnych. Niewielkie systemy modułowe można elastycznie dostosowywać do rosnących wymagań. Niemiecko-włoska firma Enapter, z którą FST ściśle współpracuje przy opracowywaniu zrównoważonych rozwiązań, jest pionierem w tej technologii.
Stopień rozwoju technologicznego jest nadal stosunkowo niski, a trwałość zastosowanej membrany można jeszcze poprawić. Elektrolizery AEM najlepiej nadają się do użytku w domach prywatnych oraz do zastosowań średniej wielkości i komercyjnych, a nie do dużych wymagań przedsiębiorstw przemysłowych.
