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CPH2公司无膜水电解技术将彻底改变电解槽市场

日期:2021-06-30    来源:hydrogenfuelcellinfo

国际氢能网

2021
06/30
09:20
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关键词: 电解槽制氢 电解制氢 绿色氢气

怀着把氢能作为未来清洁能源的热情,Nigel Williamson博士和Joe Scott博士希望能找到一种替代PEM电解槽的方法,他们认为采用这种技术会有些“壁垒”。Williamson和Scott意识到,生产最为清洁氢气的方式是利用无膜电解水,这是一种更为便宜更为可靠的技术。

2021年,Williamson和Scott共同成立Clean Power Hydrogen (CPH2)公司,旨在帮助子孙后代有一个清洁的环境。他们选择了绿色技术领域-一个高增长的盈利市场,他们研发了一种无膜电解槽,这种电解槽可比其它电解槽制氢速度更快,更可靠且经济有效。

您能跟我们分享一下CPH2公司成立的故事及公司现状的发展历程吗?

JD:CPH2公司是2个男人的构想:Nigel Williamson 和Joe Scott博士,两个人2008年的时候初次见面。Nigel那时已经在氢能行业工作了,Joe在爱尔兰斯特里姆斯敦的注射成型公司已做的风声水起。Clean Power Hydrogen Ltd公司2012年的时候爱尔兰成立,接着2016年成立了Clean Power Hydrogen Group Ltd。

无膜电解槽的研发始于2013年。2016年的时候公司做出了原型产品,以证明无膜电解槽的概念是可靠的。2018年,公司搬到了现在的地址唐卡斯特。此时,Clive Brook已加入公司并担任董事长兼首席财务官。

在2017年和2019年,CPH2公司完成了个人投资者的外部融资,并在2020年里重复了这种做法,并进一步筹集了300万英镑。在2020年疫情肆虐期间公司业务仍持续增长。所有员工仍然在职,因业务拓展招募了不少员工,我们在隔壁楼也有了办公区。自2019年以来,员工人数已从最初的8人增长到30多人。

有读者可能对该技术路线不熟悉。您能解释一下无膜电解槽技术和传统的PEM/AEM的电解槽技术路线的区别吗?

JD:无膜电解槽的技术将会彻底改变电解槽市场。它生产成本更低,寿命更长,运营成本最低,因此,在所有的系统中这种技术制氢成本最低。我们的技术简单,安全可持续并且可进行拓展。

电解水制氢有几种比较传统的技术。包括了质子交换膜PEM和碱性阴离子交换膜AEM等技术路线。这些技术中所使用的膜加上PEM系统中的贵金属催化剂,造成了技术采用成本过高,可靠性低,效率低和缺乏拓展性等相关局限性。

PEM技术,顾名思义,就是利用每个电池片中的一层膜来封闭电解液,并在生成时对气体进行分离。这些系统通过电堆循环纯净水,而不是通过CPH2技术所利用的碱水溶液。PEM技术依赖于酸性聚合物生成的膜离子的导电性。

离子穿透膜(就是把水分解成氢气和氧气的过程)需要更强大的催化剂。这些催化剂通常来自于铂族金属,是一种昂贵且稀缺的资源。膜的生产能力也有限。

膜分离碱性技术AEM是一种成熟的技术,它利用电堆,在电堆的每片电池中,由膜隔开气体,在阳极上产氧,在阴极上产氢。膜位于阳极和阴极电极之间。正是这种膜把氧气和氢气隔成分开的气流。

这种电池片结构使得电堆结构变长,而且比CPH2的电堆价格更贵。这种系统中的膜在电极过程中对离子的通过产生了阻力,从而阻碍了最佳的电效率。

因采用膜分离气体,这些系统无需低温分离对气体进行净化。相反,他们利用其它技术来获得合适的气体纯度。其中包括渐进过滤和使用贵金属(钯)作为过滤器。后一种过滤技术则产生了相当大的额外成本,需要定期维护,减少了纯气体体积的吞吐,同时在运营的过程中需要消耗大量的电力。

在这样的系统中,为了驱动离子穿透薄膜,电解质必须是高浓度的,约30%(w/w),如果发生泄露的话,对健康和环境都是相当危险的。

不像CPH2的技术,这些膜分离的电解液对电力波动的响应时间比较慢。正因为如此,它们被认为不合适和太阳能,风能和潮汐发电技术相连接。CHP2的无膜电解槽技术采用不同的方法把水分解成气体。

水和电解质混合,通过电堆并在其中产生混合气体。在CPH2专利系统中进行干燥和低温分离,生产医疗级氧气和净化的氢气进行存储。这是我们独特且有专利的水制氢技术。

尽管CHP2的系统利用的是像膜分离碱性系统一样的水溶液电解质,但浓度要低很多,是更为环保的介质。

MFE,包括电堆都是利用现成的材料生产的,没有PGMs和配套设施,易于组装。由现成的材料生产,超过90%的可回收或是可重复利用,大量的组件可由机器人组装,以确保最低成本和最高质量。

为什么无膜电解技术是开启绿氢社会的关键?

JD:可持续发展是为我们的子孙后代创造安全可靠未来的关键所在。利用不可再生资源是不可持续的。同样的道理也适用于早期出现故障的技术。这些技术对家庭和工业来说都是不可靠的能源。CHP2的无膜技术研发是考虑到可持续性的,利用现成的无处不在的材料,在其计划(长)寿命结束时可重复利用或回收。

和竞争性的技术相比,CPH2技术在电力的有效利用方面旗鼓相当,或是做的更好。

目前公司的技术接受程度如何?

JD:现在对无膜概念的理解在迅速的增加。到目前为止,2021年收到的可靠咨询数量在急剧的增加,规模从数百兆瓦到10亿兆瓦。自2020年12月我们有商业化订单以来,CHP2公司已获得Octopus Hydrogen和NI Water等公司的重要战略订单。无膜水电解的技术优势包括更快的建造时间,更少的维护,更长的使用寿命,简单操作,可拓展性设计,有助于买家做出决定。

因其它竞争性系统经常发生故障,维修时间也很长,CPH2电解槽这种不用膜的技术,对电力和能源安装规划者越来越有吸引力。

绿氢技术的采用将面临哪些挑战?

如何进行克服?

JD:有些人称之为:绿氢,有些人称之为:清洁氢。有许多种不同的说法。基本来说,它指的是可再生电力(风能,太阳能或是潮汐能)制氢。如果利用的是可再生电力,生产的则是绿氢。但绿色不是仅仅是最终的产品。

那么制氢的电解槽呢?它们的部件是绿色的吗?它们是可重复利用的,还是可回收的?它们是会耗尽世界的资源还是会污染环境?问题是,你想要什么样的绿?

随着世界不断加速化石燃料的退出,可再生能源和环保的燃料将引领世界的发展,绿氢将成为主流,而CPH2的愿景则是领导这股发展潮流。


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