เมื่อเลือกเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ควรประเมินประสิทธิภาพ ต้นทุน ความน่าเชื่อถือ และมูลค่าการคืนสภาพโลหะมีค่าอย่างครอบคลุม ผู้ซื้อต่างประเทศให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นหลัก (โดยทั่วไปต่ำกว่า 4.8 กิโลวัตต์ชั่วโมง/Nm³) กำลังการผลิตไฮโดรเจน (ตั้งแต่หลายลูกบาศก์เมตรไปจนถึงหลายร้อยลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) อายุการใช้งานของระบบ (โดยปกติเกิน 60,000 ชั่วโมง) และการบรรจุอิริเดียม (ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนและมูลค่าการคืนสภาพ) รายงานอุตสาหกรรมปี 2025 ระบุว่าเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM แบบบรรจุในตู้คอนเทนเนอร์ขนาด 1 เมกะวัตต์มีราคาประมาณ 1.2-1.8 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ โดยตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมคิดเป็น 10-15% ของค่าใช้จ่ายทั้งหมด ควรให้ความสำคัญกับการซื้อจากผู้ผลิตที่มีข้อมูลการทดสอบความเค้นเร่งที่ได้รับการรับรอง เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานภายใต้การทำงานแบบไดนามิก สำหรับการรีไซเคิลขั้วบวกไทเทเนียมและชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วประกอบด้วยโลหะมีค่าอิริเดียมและแพลทินัม สามารถแยกเมมเบรนกรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิกออกได้โดยใช้ CO₂ เหนือวิกฤต (40°C/25MPa) ตามด้วยการสกัดอิริเดียมแบบเลือกสรรผ่านการละลายทางเคมีไฟฟ้า (0.5M H₂SO₄ + 0.1M Ce⁴⁺) ซึ่งทำให้ได้อัตราการคืนสภาพสูงสุด 97% ขอแนะนำให้ร่วมมือกับบริษัทรีไซเคิลโลหะมี ค่าเฉพาะทาง เนื่องจากบริษัทเหล่านี้มีราคาการคืนสภาพที่ค่อนข้างสูง
เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM จะทำการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อผลิตไฮโดรเจนภายใต้แรงดันสูงผ่านเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) ปฏิกิริยาหลักมีดังนี้:
ปฏิกิริยาแอโนด (ปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของออกซิเจน, OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
ปฏิกิริยาแคโทด (ปฏิกิริยาวิวัฒนาการไฮโดรเจน, HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
ปฏิกิริยาโดยรวม: 2H₂O → 2H₂ + O₂
เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ใช้เมมเบรนกรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก (เช่น Nafion®) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมีค่าการนำโปรตอนสูงที่ 0.07–0.08 S/cm และสามารถทำงานได้ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูง (1.0–2.2 A/cm²) ชุดอิเล็กโทรดเมมเบรน (MEA) เป็นส่วนประกอบหลัก ประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียม (เช่น IrO₂) ที่ขั้วบวกเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาออกซิเดชันสูง และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลทินัมที่ขั้วลบเพื่อส่งเสริม การวิวัฒนาการ ของไฮโดรเจนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญในปี 2025 ประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโครงสร้างเพอรอฟสไกต์ (เช่น สตรอนเซียมไททาเนตที่เจือด้วย Ir) ซึ่งช่วยลดการใช้อิริเดียมลง 57% และเพิ่มกิจกรรมของมวลสารได้สิบเท่า; เมมเบรนคอมโพสิตบางเฉียบ (เช่น NH₂-MOF/โพลีเบนซิมิดาโซล) มีค่าการนำไฟฟ้า 0.308 S/cm ที่อุณหภูมิ 160°C เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM มีประสิทธิภาพเกิน 85% โดยตอบสนองต่อความผันผวนของพลังงานหมุนเวียนได้ในเวลาไม่ถึงวินาที จึงเหมาะสำหรับการบูรณาการกับพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์
ด้านล่างนี้เป็นการเปรียบเทียบพารามิเตอร์หลักสำหรับผู้ผลิตเครื่องวิเคราะห์อิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ชั้นนำในอเมริกาเหนือและยุโรป (ข้อมูลอ้างอิงจากรายงานตลาดปี 2025):
| ผู้ผลิต | แบบอย่าง | การผลิตไฮโดรเจน (Nm³/ชม.) | การใช้พลังงาน (kWh/Nm³) | แรงดันระบบ | การโหลดอิริเดียม (กรัม/กิโลวัตต์) | ช่วงราคา (USD/MW) | ภาคส่วนแอปพลิเคชัน |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| คัมมินส์ (สหรัฐอเมริกา) | ซีรีส์ HySTAT PEM | 10-100 | 4.5-5.5 | 30-45 บาร์ | 0.3-0.5 | 130-160 | สถานีไฮโดรเจน การลดคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรม |
| ไอทีเอ็ม พาวเวอร์ (สหราชอาณาจักร) | เอชจีเอเอสเอ็กซ์เอ็มดับบลิว | 5-1000 | 5.06 | 35 บาร์ | 0.4 | 140-170 | โครงการ P2G การกักเก็บพลังงาน |
| นอร์เวย์ NEL | ซีรีส์ M คอนเทนเนอร์ | 200-400 | 4.5 | 50 บาร์ | 0.35 | 120-150 | การผลิตไฮโดรเจนหมุนเวียน การกลั่น และปิโตรเคมี |
| ซีเมนส์ เอ็นเนอร์จี (เยอรมนี) | ซิลิเซอร์ | 500-1,000 | 5.0-5.4 | 40 บาร์ | 0.25 | 150-180 | การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การผลิตแอมโมเนียสีเขียว |
Cummins (Accelera) โดดเด่นในด้านการติดตั้งใช้งานขนาดใหญ่ ด้วยการติดตั้งมากกว่า 600 หน่วยทั่วโลก ระบบ 35 เมกะวัตต์ของบริษัทช่วยขับเคลื่อนกระบวนการลดคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรมในนิวยอร์ก ITM Power มีความเชี่ยวชาญด้านการบูรณาการพลังงานหมุนเวียน ให้การตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็วแม้จะมีการใช้พลังงานสูง การออกแบบแบบคอนเทนเนอร์ของ NEL ช่วยให้การติดตั้งง่ายขึ้นและใช้งานได้อย่างรวดเร็ว Siemens Energy มีปริมาณอิริเดียมต่ำที่สุด (0.25 กรัม/กิโลวัตต์) ซึ่งใกล้เคียงกับเป้าหมายของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกาในปี 2026 (0.1 กรัม/กิโลวัตต์) ทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง ปัจจัยสำคัญในการซื้อ: การใช้พลังงานต่ำกว่า 4.8 กิโลวัตต์ชั่วโมง/นิวตันเมตร³ ช่วยลดต้นทุนการดำเนินงาน ในขณะที่แรงดันสูง (>30 บาร์) ช่วยลดความต้องการการบีบอัดที่ตามมา
การกู้คืนโลหะมีค่าในเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM มุ่งเป้าไปที่เมมเบรนเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยา (CCM) และชั้นการขนส่งที่มีรูพรุน (PTL) เป็นหลัก
1. ตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนด: ใช้อิริเดียมหรืออิริเดียมออกไซด์ (IrO₂) ซึ่งโดยทั่วไปบรรจุอยู่ที่ 0.2-0.5 มก./ซม.² หลังจากการทำให้หมดฤทธิ์ อิริเดียมจะถูกสกัดออกมาโดยการละลายด้วยไฟฟ้าเคมี (0.5M H₂SO₄ + 0.1M Ce⁴⁺) โดยมีอัตราการฟื้นตัว 97% อิริเดียมที่ฟื้นตัวจะมีศักย์เกิน OER เพียง 290mV@10mA/ซม.² ซึ่งใกล้เคียงกับวัสดุใหม่
2. ตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทด: อนุภาคนาโนแพลตตินัม (0.1-0.3 มก./ซม.²) สามารถกู้คืนได้ด้วยการชะล้างกรดด้วยไมโครเวฟ (aqua regia 800 วัตต์) ช่วยลดการใช้กรดลง 40%
3. ส่วนประกอบที่มีพื้นฐานเป็นไททาเนียม: ชั้นการขนส่งที่มีรูพรุนและแผ่นไบโพลาร์ที่เคลือบด้วยโลหะมีค่า (เช่น TiN) ช่วยให้สามารถกู้คืนไททาเนียมได้ผ่านการบำบัดไนไตรเดชัน โดยอิริเดียมที่เหลือมีมูลค่าประมาณ 85 ดอลลาร์สหรัฐต่อกรัม (อ้างอิงจากราคาอิริเดียมในปี 2025 ที่ 150 ดอลลาร์สหรัฐต่อกรัม)
ความสามารถในการทำกำไรจากการกู้คืนขึ้นอยู่กับ กลไกการโหลดและการย่อยสลาย อิริเดียม (เช่น การแยกชั้นของสารเคลือบผิวสามารถลดการโหลดอิริเดียมจาก 2 มก./ซม.² เหลือ 0.3 มก./ซม.²) แนะนำให้กู้คืนทุก 60,000 ชั่วโมง หรือเมื่อประสิทธิภาพลดลง 15% เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ขนาด 1 เมกะวัตต์เพียงเครื่องเดียวให้มูลค่าที่กู้คืนได้ 20,000-50,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ (บรรจุอิริเดียม 0.3-0.5 กิโลกรัม) เมื่อเลือกใช้บริการรีไซเคิลเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ PEB ควรตรวจสอบความสามารถในการทำให้บริสุทธิ์ด้วย CO₂ เหนือวิกฤตและไฟฟ้าเคมี เพื่อให้มั่นใจว่าโลหะมีค่าจะถูกนำไปใช้ประโยชน์ในวงจรปิด
ภาษา
