اقتصاد هیدروژن سبز با یک مانع شناخته شده- روبرو است: هزینه های تولید. امروزه، تولید یک کیلوگرم هیدروژن از انرژیهای تجدیدپذیر، 3.5 تا 6.5 دلار را در مقایسه با 2.0 تا 3.5 دلار برای مسیر گاز طبیعی- همراه با جذب کربن، به ارمغان میآورد. تفاوت تا حد زیادی به مبلغی که برای پشته الکترولیز می پردازید برمی گردد. در طرحهای PEM، صفحات دوقطبی و لایههای انتشار به تنهایی بیش از 40 درصد از هزینه پشته را تشکیل میدهند و آنها را به یک هدف آشکار برای کاهش هزینه تبدیل میکنند. نمد تیتانیوم پلاتینی که در سمت آند سلول استفاده می شود، از طریق سه کانال مجزا به کاهش هزینه کلی هیدروژن کمک می کند.
الکتریسیته معمولاً نیم تا سه چهارم بودجه عملیاتی یک الکترولایزر در حال کار را می خورد. ارقام معمولاً بین 47٪ و 78٪ بسته به قیمت برق محلی و کارایی سیستم کاهش می یابد. با رسوب پلاتین بر روی الیاف تیتانیوم، مانع تماس در محل اتصال کاتالیزور به صفحه به طور قابل توجهی کاهش می یابد. با کاهش آن سد، تلفات اهمی کاهش می یابد و سلول برای فشار دادن همان جریان به ولتاژ کمتری نیاز دارد. ولتاژ کمتر در سراسر سلول به معنای مصرف کمتر کیلووات ساعت به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید شده است.
عمر سرویس یکی دیگر از عوامل مهم است. محیط آند در یک سلول PEM به شدت تهاجمی-با پتانسیل بالا، اسیدیته قوی و اکسیژن فراوان است. تیتانیوم بهتر از سایر فلزات در برابر این محیطهای خشن مقاومت میکند، به همین دلیل است که قطعات تیتانیوم به تنهایی میتوانند حدود 70 درصد از هزینه مواد را برای یک پشته PEM معمولی تشکیل دهند. پلاتین در اینجا دو کار انجام می دهد-این جریان را حمل می کند و از اکسید شدن تیتانیوم زیر جلوگیری می کند. بدون این محافظ، یک لایه اکسیدی به تدریج روی سطح تشکیل میشود که مقاومت تماسی را بالا میبرد و عملکرد سلول را پایین میآورد. این پوشش به خوبی به زیرلایه تیتانیوم میچسبد و چرخه گرما و خاموش کردن مکرر را به سرعت انجام میدهد، بدون اینکه پوسته پوسته یا کنده شود. یک لایه انتشار که دوام بیشتری دارد، به سرمایه گذاری اولیه در پشته اجازه می دهد تا در تعداد ساعات کار بیشتر و تولید هیدروژن بیشتر بازیابی شود و بار استهلاک هر کیلوگرم را کاهش دهد.
چگالی جریان بالاتر اغلب به عنوان قدرت الکترولیز PEM ذکر می شود، اما این استحکام با الزامات سخت گیرانه تری برای حمل و نقل جرم همراه است. نمد ساختاری باز و فیبری دارد-تقریباً 70 درصد حجم آن فضای خالی است-بنابراین خوراک مایع میتواند به کاتالیزور برسد و حبابهای اکسیژن میتوانند بدون مشکل زیادی از سطح دور شوند. این کمک می کند تا از تلفات غلظت و نوسانات ولتاژی که لایه های انتشار ضعیف طراحی نشده اند جلوگیری شود. وقتی گاز به سرعت از الکترود خارج می شود، سلول در چگالی جریان بالا ثابت می ماند و همان ناحیه فعال را به هیدروژن بیشتری در ساعت تبدیل می کند. این خروجی اضافی از هر پشته، هزینه سرمایه قابل انتساب به هر کیلوگرم هیدروژن تولید شده را کاهش می دهد.
این سه مزیت را اضافه کنید-مصرف کمتر الکتریسیته، عمر طولانیتر، و توانایی کارکردن در چگالی جریان بالاتر-و نمد تیتانیوم پلاتینه شده بسیار بیشتر از یک عنصر رسانا ساده است. این تفاوت واقعی در اقتصاد کلی الکترولیز PEM ایجاد می کند. با پیش بینی رشد بازار جهانی این ماده از حدود 23 میلیون دلار در سال 2025 به حدود 125 میلیون دلار تا سال 2032، سهم آن در کاهش هزینه هیدروژن سبز آشکارتر خواهد شد.
