Khi lựa chọn máy điện phân PEM, hãy đánh giá toàn diện hiệu suất, chi phí, độ tin cậy và giá trị thu hồi kim loại quý. Khách hàng quốc tế chủ yếu tập trung vào hiệu suất tiêu thụ điện năng (thường dưới 4,8 kWh/Nm³), công suất sản xuất hydro (dao động từ vài mét khối đến hàng trăm mét khối mỗi giờ), tuổi thọ hệ thống (thường trên 60.000 giờ) và tải iridi (ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí và giá trị thu hồi). Một báo cáo ngành năm 2025 chỉ ra rằng một máy điện phân PEM công suất 1MW được đóng trong container có giá khoảng 1,2–1,8 triệu đô la, trong đó chất xúc tác bạch kim chiếm 10–15% tổng chi phí. Ưu tiên mua từ các nhà sản xuất cung cấp dữ liệu thử nghiệm ứng suất tăng tốc được chứng nhận để đảm bảo độ bền trong quá trình vận hành động. Để tái chế, anot titan đã qua sử dụng và lớp xúc tác chứa kim loại quý iridi và bạch kim. Màng axit perfluorosulfonic có thể được tách bằng CO₂ siêu tới hạn (40°C/25MPa), sau đó chiết xuất iridi chọn lọc thông qua quá trình hòa tan điện hóa (0,5M H₂SO₄ + 0,1M Ce⁴⁺), đạt hiệu suất thu hồi lên đến 97%. Khuyến khích hợp tác với các công ty tái chế kim loại quý chuyên nghiệp , vì họ cung cấp giá thu hồi tương đối cao hơn.
Máy điện phân PEM điện phân nước hiệu quả để tạo ra hydro dưới áp suất cao thông qua màng trao đổi proton (PEM). Các phản ứng cốt lõi bao gồm:
Phản ứng anot (phản ứng giải phóng oxy, OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Phản ứng catốt (phản ứng giải phóng hydro, HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
Phản ứng tổng quát: 2H₂O → 2H₂ + O₂
Thiết bị điện phân PEM sử dụng màng axit perfluorosulfonic (ví dụ: Nafion®) làm chất điện phân, thể hiện độ dẫn proton cao 0,07–0,08 S/cm và cho phép hoạt động ở mật độ dòng điện cao (1,0–2,2 A/cm²). Cụm điện cực màng (MEA) là thành phần cốt lõi, có chất xúc tác gốc iridi (ví dụ: IrO₂) ở cực dương để chịu được môi trường oxy hóa cao, và chất xúc tác bạch kim ở cực âm để thúc đẩy quá trình giải phóng hydro . Những tiến bộ công nghệ quan trọng năm 2025 bao gồm: chất xúc tác có cấu trúc perovskite (ví dụ: stronti titanat pha tạp Ir) giúp giảm 57% lượng iridi sử dụng đồng thời tăng hoạt tính khối lượng gấp mười lần; Màng composite siêu mỏng (ví dụ: NH₂-MOF/polybenzimidazole) đạt độ dẫn điện 0,308 S/cm ở 160°C. Máy điện phân PEM đạt hiệu suất vượt quá 85%, phản ứng dưới một giây với những biến động của năng lượng tái tạo, khiến chúng phù hợp để tích hợp với năng lượng gió và mặt trời.
Dưới đây là bảng so sánh các thông số chính của các nhà sản xuất máy điện phân PEM hàng đầu ở Bắc Mỹ và Châu Âu (dữ liệu dựa trên báo cáo thị trường năm 2025):
| Nhà sản xuất | Người mẫu | Sản xuất hydro (Nm³/h) | Tiêu thụ năng lượng (kWh/Nm³) | Áp suất hệ thống | Tải lượng Iridium (g/kW) | Phạm vi giá (USD/MW) | Ngành ứng dụng |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cummins (Hoa Kỳ) | Dòng HySTAT PEM | 10-100 | 4,5-5,5 | 30-45 bar | 0,3-0,5 | 130-160 | Trạm hydro, khử cacbon công nghiệp |
| ITM Power (Anh) | HGASXMW | 5-1000 | 5.06 | 35 thanh | 0,4 | 140-170 | Các dự án P2G, lưu trữ năng lượng |
| Na Uy NEL | Dòng M Containerized | 200-400 | 4,5 | 50 bar | 0,35 | 120-150 | Sản xuất, tinh chế và hóa dầu hydro tái tạo |
| Siemens Energy (Đức) | SILYZER | 500-1000 | 5.0-5.4 | 40 bar | 0,25 | 150-180 | Sản xuất điện tử, sản xuất amoniac xanh |
Cummins (Accelera) nổi trội trong việc triển khai quy mô lớn với hơn 600 đơn vị được lắp đặt trên toàn cầu; hệ thống 35MW của hãng hỗ trợ quá trình khử cacbon công nghiệp tại New York. ITM Power chuyên về tích hợp năng lượng tái tạo, mang lại khả năng phản ứng động nhanh mặc dù mức tiêu thụ điện năng cao hơn. Thiết kế dạng container của NEL giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và triển khai nhanh chóng. Siemens Energy có tải iridium thấp nhất (0,25 g/kW), tiệm cận mục tiêu năm 2026 của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (0,1 g/kW), phù hợp với các ngành công nghiệp có nhu cầu về độ tinh khiết cao. Những cân nhắc chính khi mua hàng: Mức tiêu thụ điện năng dưới 4,8 kWh/Nm³ giúp giảm chi phí vận hành, trong khi áp suất cao (>30 bar) giúp giảm thiểu các yêu cầu nén tiếp theo.
Quá trình thu hồi kim loại quý trong thiết bị điện phân PEM chủ yếu nhắm vào màng phủ xúc tác (CCM) và lớp vận chuyển xốp (PTL):
1. Chất xúc tác anode: Sử dụng iridi hoặc iridi oxit (IrO₂), thường được nạp ở nồng độ 0,2-0,5 mg/cm². Sau khi bất hoạt, iridi có thể được chiết xuất thông qua quá trình hòa tan điện hóa (0,5M H₂SO₄ + 0,1M Ce⁴⁺) với tỷ lệ thu hồi 97%. Iridi thu hồi được thể hiện quá thế OER chỉ 290mV ở mức 10mA/cm², gần bằng vật liệu mới.
2. Chất xúc tác catốt: Các hạt nano bạch kim (0,1-0,3 mg/cm²) có thể được thu hồi thông qua quá trình ngâm axit có sự hỗ trợ của vi sóng (nước cường toan, 800W), giúp giảm 40% lượng axit tiêu thụ.
3. Các thành phần gốc titan: Các lớp vận chuyển xốp và các tấm lưỡng cực được phủ kim loại quý (ví dụ: TiN) cho phép thu hồi titan thông qua xử lý nitơ hóa, với iridi còn lại có giá trị khoảng 85 đô la/g (dựa trên giá iridi năm 2025 là 150 đô la/g).
Lợi nhuận thu hồi phụ thuộc vào cơ chế tải và phân hủy iridi (ví dụ, hiện tượng tách lớp phủ có thể làm giảm tải iridi từ 2 mg/cm² xuống 0,3 mg/cm²). Khuyến nghị thu hồi sau mỗi 60.000 giờ hoặc khi hiệu suất giảm 15%. Một máy điện phân PEM 1MW duy nhất mang lại giá trị thu hồi từ 20.000 đến 50.000 đô la (chứa 0,3-0,5 kg iridi). Khi lựa chọn dịch vụ tái chế máy điện phân PEM, hãy kiểm tra khả năng tinh chế CO₂ siêu tới hạn và điện hóa của chúng để đảm bảo sử dụng kim loại quý vòng kín.
Ngôn ngữ
