Этот переход является важным шагом на пути к сокращению выбросов в тяжелой промышленности, такой как нефтепереработка, и в транспортном секторе, например, в морских перевозках. Правительства и компании по всему миру ставят перед собой амбициозные цели по увеличению производства «зеленого» водорода, подчеркивая его потенциал для повышения энергетической безопасности и открытия новых рыночных возможностей.

Непрерывные инновации в технологии электролизеров являются ключом к развитию «зеленого» водорода. Электролизеры — устройства, отвечающие за расщепление воды на водород и кислород, — в значительной степени полагаются на передовые материалы для своих электродов, мембран и катализаторов. Эти компоненты имеют решающее значение для оптимизации эффективности, долговечности и общей производительности. Инновации в материаловении, такие как разработка более прочных мембран или более эффективных катализаторов, играют жизненно важную роль в снижении затрат, увеличении срока службы и минимизации использования редких и дорогостоящих материалов. По мере роста спроса на «зеленый» водород достижения в области материаловедения становятся все более важными. Однако речь идет не только о создании более эффективных электролизеров. Речь также идет об обеспечении устойчивости, масштабируемости и доступности этих систем, чтобы проложить путь к по-настоящему «зеленой» водородной экономике.

В новом отчете IDTechEx «Материалы для производства экологически чистого водорода 2024-2034: технологии, игроки, прогнозы» подробно рассматриваются текущие и будущие материалы и компоненты, используемые в четырех основных технологиях электролизеров воды. В нем также освещаются методы производства, коммерческая деятельность, ключевые игроки отрасли и основные инновации во всех компонентах электролизерного блока.

Щелочные электролизеры воды (ЩЭВ): инновации с использованием широко доступных материалов.
Щелочные электролизеры воды, проверенная и надежная технология, работают с использованием жидкого щелочного раствора, обычно KOH, и пористой диафрагмы для разделения полуячеек. Ожидается, что эта тенденция сохранится благодаря использованию легкодоступных материалов, таких как никель и нержавеющая сталь. В настоящее время системы ЩЭВ классифицируются на конфигурации с конечным и нулевым зазором. Это предпочтение обусловлено включением пористых транспортных слоев (ПТС), которые значительно повышают эффективность и улучшают газотранспортные свойства.

Инновации остаются движущей силой в области систем AWE, и производители исследуют новые горизонты в области покрытий электродов и катализаторов. Цель этих достижений — повышение эффективности и результативности этой устоявшейся технологии. Кроме того, все больше внимания уделяется усовершенствованию конструкций топливных элементов для обеспечения возможности использования более чувствительных газов. Эти инновации имеют решающее значение для лучшей интеграции с возобновляемыми источниками энергии и оптимизации экологически чистого производства водорода. Хотя многие компании начали производить топливные элементы собственными силами, они по-прежнему зависят от внешних поставщиков различных компонентов. Эта взаимозависимость открывает возможности для дальнейших инноваций, особенно в области совершенствования катализаторов и развития конфигураций топливных элементов для повышения возможностей систем AWE.

 
Компоненты ячеек протонно-обменной мембранной электролизной камеры (PEMEL). Источник: IDTechEx

Электролизеры с протонно-обменной мембраной (PEMEL): более высокая эффективность при меньшем использовании драгоценных металлов

Электролизеры с протонно-обменной мембраной (PEMEL) приобретают все большую популярность благодаря высокой эффективности, компактной конструкции и адаптации к колебаниям поставок возобновляемых источников энергии. Хотя наблюдается тенденция к стандартизации материалов для топливных элементов PEMEL, инновации отнюдь не стоят на месте, особенно в разработке катализаторов для анодов. К недавним достижениям относятся катализаторы, которые поддерживают высокую каталитическую активность, значительно снижая при этом использование иридия, тем самым уменьшая стоимость материала на киловатт (кВт) и повышая общую доступность. Крайне важно, чтобы внедрение этих инноваций имело решающее значение для успеха PEMEL, поскольку существует множество опасений, что их потенциал будет ограничен будущими запасами иридия.

Другие инновации в технологии PEMEL разнообразны и оказывают значительное влияние. Например, достижения в истончении протонно-обменных мембран способствуют повышению эффективности, а инновационные покрытия для титановых биполярных пластин повышают долговечность и снижают зависимость от драгоценных металлов. Эти достижения, наряду с передовыми коммерческими конструкциями PEMEL, подчеркивают потенциал для значительного улучшения характеристик батарей. Новые покрытия и методы производства, особенно для мембран с каталитическим покрытием (CCM), находятся в авангарде этих улучшений и обещают новую эру экономически эффективной и производительной технологии PEMEL.

Электролизеры с анионообменной мембраной (AEMEL): сочетание преимуществ AWE и PEMEL

Электролизер с анионообменной мембраной (AEMEL) — это быстро развивающаяся технология, цель которой — объединить лучшие характеристики щелочных и протонно-обменных мембранных технологий. AEMEL стремится сочетать доступные материалы электролизеров с анионообменной мембраной с высокой эффективностью протонно-обменных мембран. Эта технология переживает стремительный рост и инновации, примером чему служат такие компании, как Enapter, которые являются пионерами в создании коммерческих систем мегаваттного масштаба.

Поскольку технология AEMEL относительно молода, используемые в ней материалы не так стандартизированы, как в AWE и PEMEL. Поэтому AEMEL обладает значительным потенциалом для инноваций, и академические и коммерческие исследования сосредоточены на совершенствовании мембран и катализаторов для этой технологии. Это не только подпитывает инновационный потенциал, но и стратегически позиционирует AEMEL как компанию, способную совершить революцию в сфере электролизерных технологий благодаря уникальному сочетанию стабильности материалов, эффективности и доступности.

Твердооксидные электролитические ячейки (ТОЭЯ): высокотемпературные керамические инновации

Твердооксидные электролитные ячейки (ТОЭЯ) представляют собой относительно новую технологию в области электролиза, занимающую меньшую долю рынка по сравнению с AWE и PEMEL. Однако ТОЭЯ набирают значительный темп благодаря инновациям, общим с сектором твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Ключевым преимуществом является взаимозаменяемость между ТОТЭ и ТОЭЯ, особенно в использовании схожих материалов. Хотя некоторые керамические компоненты уже используются в этой технологии, разработка новых электродно-электролитных сборок в ТОЭЯ остается динамичной областью инноваций. Это включает в себя значительные различия в конструкции ячеек и используемых материалах у разных производителей. Они варьируются от металлических до электродно-электролитных типов, каждый из которых имеет свои преимущества и включает в себя различные керамические материалы.

Одной из главных проблем в твердооксидных электролизерах является термическая совместимость различных материалов. Это привело к усовершенствованию других компонентов батарей, таких как межсоединения и герметики. Новые материалы и покрытия улучшают термическую совместимость и снижают деградацию компонентов батареи. В целом, в батареях на основе твердооксидных электролизеров используется широкий спектр материалов, что подчеркивает не только разнообразие технологии, но и потенциал для инноваций в материалах этих высокотемпературных электролизеров. Развивающаяся область применения твердооксидных электролизеров открывает захватывающие возможности для совершенствования технологии электролиза за счет новых керамических материалов и инновационных конфигураций батарей.

Обзор рынка и стратегические перспективы

По прогнозам IDTechEx, к 2034 году рынок компонентов электролизеров достигнет впечатляющих 31,7 миллиарда долларов. Этот рост в первую очередь обусловлен быстрым развитием индустрии «зеленого» водорода, в которой электролизеры играют решающую роль. В новом отчете IDTechEx «Материалы для производства «зеленого» водорода 2024-2034: технологии, игроки, прогнозы» представлен всесторонний анализ текущих и будущих материалов и компонентов, используемых в четырех основных технологиях электролизеров воды: щелочном электролизере воды (AWE), электролизере с протонно-обменной мембраной (PEMEL), электролизере с анионно-обменной мембраной (AEMEL) и твердооксидном электролизере (SOEC).

В отчете представлен подробный анализ стоимости батарей по компонентам, с акцентом на батареи AWE, PEMEL и SOEC. Включены исчерпывающие списки поставщиков электролизерных батарей, компонентов и материалов, а также примеры ключевых бизнес-инноваций в этом секторе. Кроме того, в нем представлены детальные 10-летние прогнозы рынка, количественно оценивающие спрос на материалы и компоненты в тоннах, квадратных метрах (м²) и миллионах долларов в год. Этот отчет дает углубленный обзор текущих тенденций и перспектив рынка электролизеров, выделяя ключевые возможности и направления роста отрасли.