画期的な水素電気分解プロセス
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パハリートパウダー 持っている ハノーバーフェア2024 燃料電池のコスト計算を改善する画期的な触媒技術を発表し、 水素の電気分解 劇的に変わりました。革新的なプロセスにより、エネルギーを生成する反応に必要な貴金属の量が削減されます。 グリーン水素 最大70%にする必要がありました。バリポアプロセスを導入するために、製造の専門家が参加し、ニューメキシコ州で大規模な生産を開始します。
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水素からのエネルギー生産は手頃な価格になるべきである
新興企業パハリートパウダーはエネルギーを生成するという目標を設定した 手頃な水素革新的な材料設計により、水素からのエネルギー生産の基本的なコスト計算を変更することで、信頼性が高く、大量生産に適しています。
プラチナが大幅に減少
新しいプロセス技術により、水素燃料電池と電解触媒は、同等の性能を持ちながら、希少で高価なプラチナの使用量を大幅に削減して動作させることができます。 「イリジウムを削減すると、水素製造の経済性が劇的に向上し、その結果、水素の利用可能性が大幅に向上します」と説明します。 トーマス・J・スティーブンソン, パハリートパウダーのCEO兼会長。このプロセスにより、水素からエネルギーを生成する反応に必要な貴金属の量が最大 70% 削減されます。
電解槽が鍵となる
燃料電池で持続的に使用できる水素を生成する最もクリーンな方法は、 電気分解。これは電気エネルギーを使用して水を 2 つの成分に分割します。電解槽は、「グリーン水素」を生成する最もよく知られた方法です。同時に、それらは水素をエネルギー貯蔵として使用し、長距離にわたってエネルギーを輸送するための鍵でもあります。
これは、これらすべての利点とすべての科学的研究にもかかわらず、なぜ水素燃料電池と電解装置がまだ世界経済に確立されていないのかという疑問を引き起こします。鍵は次のとおりです 触媒、パハリートパウダーは現在、生産、改良、提供を専門としています。触媒は燃料電池スタックのコストのほぼ 40% を占めます。 1 GW 電解槽のイリジウム部品のコストは、2022 年の価格で 61 万ドルを超えることになります。
おそらく皮肉なことに、水素が最も豊富な元素であるにもかかわらず、それを有用な電気に変換するには白金金属が必要でした。 イリジウム、最も少ない元素が含まれています。その希少性とそれに伴う価格の高さにより、少なくとも現時点では、この適切な水素が重要なエネルギー源になることがこれまでのところ妨げられています。
新材料技術により水素が経済的になる
新しいプロセス技術により、この米国の新興企業は、希少で高価な素材であるプラチナの使用量を大幅に削減しながら、水素燃料電池と電解槽触媒を同じ性能で稼働させることができるようになりました。手順には最大で次のものが含まれます 70％少ない 貴金属 水素からエネルギーを生成する反応に必要です。
バリポアプロセスは燃料電池に使用されます。これにより、次のことが可能になります 技術的な触媒サポート (Engineered Catalyst Supports、ECS)。これは、PGM のパフォーマンスと使用率を向上させる特定のシステムに合わせて調整されたメカニズムに基づいています。
これらの構造は、 メソポーラス。それらは、サイズが 2 ～ 50 nm の範囲で、人間の DNA 鎖のサイズに匹敵する、非常に小さなナノスケールの開口部を含むように設計されています。
インクルード バリポア 非常に具体的なデザインが可能になります。燃料電池の大規模生産を開始するための前提条件として、このプロセスはこのキャリアの大量生産のためにさらに開発されました。この触媒は、標準的な触媒よりも少ない白金を使用して、エネルギー的に同等の結果を達成します。
さらに、このプロセスにより触媒に高い耐久性、安定性、および性能が与えられます。このプロセスを使用して、Pajarito Powder は同様の概念に基づいて、イリジウムの代わりに他の材料を使用する高度な電解触媒触媒を製造します。
レアメタルを避けることで新たな市場の可能性が広がる
電気分解技術は急速に変化しており、しばらくはイリジウムベースの触媒が市場を支配し続けるでしょうが、パハリートパウダーは間もなく、水の電気分解用に追加の高効率触媒を導入する予定です。 PGMライト - または PGMフリー 材料を生産します。開発中のこれらの材料は、すでに今日から評価可能です。
Pajarito Powder が開発した触媒担体と完全な触媒溶液はすべてすでに入手可能です。同社は、白金族金属を含まない触媒の研究、テスト、最適化も行っています。いわゆる PMF触媒 燃料電池用触媒（貴金属フリー）は、貴金属を含まない世界初の市販触媒です。高エネルギー密度用途向けにこれらの触媒をさらに開発する作業はまだ完了していませんが、将来の使用は有望です。
クリーンエネルギー源に対する新たな技術的可能性と公的資金を考慮して、 米国のインフレ抑制法 パハリートパウダーは、その革新的な担体材料に加えて、触媒用のコーティング材料を製造するためにニューメキシコ州にある大規模製造施設を稼働させ、ハノーバーメッセ2024で発表されました。
Häufiggestellte Fragen
水素は電気分解によってどのように生成されるのですか?
電気分解というのは、 電気エネルギーを使用して水を水素と酸素に分解する、水素を生成するプロセス。電圧は、陽極と陰極で構成される電解セルに印加されます。酸素はアノードで生成され、水素はカソードで生成されます。このプロセスは CO₂ を放出することなく行われ、特にエネルギーが再生可能資源から得られる場合には、グリーン水素の生成が可能になります。使用される技術 (アルカリ電解、PEM 電解、固体酸化物電解) に応じて、効率と可能な用途は異なります。
水素電気分解の効率はどのくらいですか?
水素電解の効率 使用されるテクノロジーによって異なります 通常は 60% から 80% の間で変動します。この効率は、使用された電気エネルギーのどれだけが水素の形の化学エネルギーに変換されるかを示します。電気分解は、グリーン水素を生成するための最も有望な方法の XNUMX つであり、特に次の方法と組み合わせると効果的です。 再生可能エネルギー 運営されています。
- アルカリ電解 (AEL): この従来の方法では、約 60% ～ 70% の効率が達成されます。技術的に成熟しており、比較的安価であるため、継続的なアプリケーションに適しています。
- 固体高分子交換膜電解 (PEM): このより高度なテクノロジーは、70% ～ 80% の高い効率を実現します。変化するエネルギー源に迅速に対応できるため、再生可能エネルギーでの使用に最適です。
- 固体酸化物電解 (SOEC): このプロセスは、特に高温電解と組み合わせて使用した場合に、80% 以上の効率を達成します。廃熱を利用できる場合は特に効率が良く、全体的なエネルギー効率が大幅に向上します。
水素1kgにはどのくらいの水が必要ですか?
電気分解で1kgの水素を生成するには、次のものが必要です。 水約9リットル。この水の消費は、水 (H₂O) が水素 (H₂) と酸素 (O₂) に分解される化学反応によって生じます。つまり、水素の量ごとに 9 倍の水が必要になります。この計算は水の電気分解の化学式に基づいており、18 グラムの水 (約 18 ml に相当) が 2 g の水素と 16 g の酸素に分解されます。外挿すると、水素 9 kg に対して水 1 リットルという結果になります。
水素を生成するにはどれくらいの電力が必要ですか?
電気分解により 1 kg の水素を生成するには、約 50～55kWhの電力。このエネルギーは、水をその成分である H 2 と O 2 に分解するのに必要です。正確な量は電気分解プロセスの効率によって異なりますが、通常は 60% ～ 80% です。
最新の電解プラントでは、高度な技術と廃熱の利用によってエネルギー効率をさらに高めることができ、電力要件をわずかに削減できる可能性があります。
電気分解の効果はどれくらいですか？
電気分解プロセスの有効性は、そのエネルギー効率によって決まります。通常、 60% ～ 80% 嘘。これは、使用される電気エネルギーの 60% ～ 80% が水素の形で化学エネルギーに変換されることを意味します。陽子交換膜 (PEM) 電解やアルカリ電解などの最新の技術を使用すると、システムと動作点に応じてこの効率をさらに最適化できます。産業規模では、水素製造をよりコスト効率が高く、環境に優しいものにするために効率を向上させる取り組みが継続的に行われています。
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著者は次のとおりです。Webb Johnson 氏、Pajarito Powder のビジネス開発担当シニア ディレクター。ジェフ・プランジス氏、スコット・フォスガード・コミュニケーションズ記者兼編集者、トーマス・オーリッチ氏、テクノロジーライター。