पीईएम (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन) जल इलेक्ट्रोलिसिसहाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी कई लाभ प्रदान करती है, जिसमें उच्च परिचालन वर्तमान घनत्व, नवीकरणीय ऊर्जा के उतार-चढ़ाव के लिए अनुकूलन क्षमता और एक कॉम्पैक्ट संरचना शामिल है। ये विशेषताएँ इसे बड़े पैमाने पर औद्योगीकरण के लिए उपयुक्त बनाती हैं। हालाँकि, बड़े पैमाने पर सफल विकास के लिए, न केवल प्रमुख तकनीकी चुनौतियों का समाधान करना बल्कि आर्थिक पहलुओं पर भी विचार करना महत्वपूर्ण है।
मेरे देश में "हाइड्रोजन ऊर्जा उद्योग के विकास के लिए मध्यम और दीर्घकालिक योजना (2021-2035)" नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से हाइड्रोजन उत्पादन रूपांतरण दक्षता बढ़ाने और प्रति यूनिट हाइड्रोजन उत्पादन बढ़ाने की आवश्यकता पर जोर देती है। इसके अतिरिक्त, हाइड्रोजन ऊर्जा बुनियादी ढांचे से संबंधित मुख्य प्रौद्योगिकियों में प्रगति आवश्यक है।
विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय की "14वीं पंचवर्षीय योजना" "हाइड्रोजन ऊर्जा प्रौद्योगिकी" (2022) के लिए राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास योजना में पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन से संबंधित कई विषय शामिल हैं। इन विषयों में मेगावाट-स्केल प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलाइज़र तकनीक, जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च दबाव हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइज़र, और प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्रमुख सिस्टम प्रौद्योगिकियों का अनुसंधान और विकास शामिल है।
इलेक्ट्रोलाइज़र, पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन प्रणाली का एक प्रमुख घटक, समग्र प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। वर्तमान उत्पाद विकास प्रयास मुख्य रूप से हाइड्रोजन उत्पादन पैमाने और लागत पर केंद्रित हैं।
वर्तमान में, केवल कुछ घरेलू निर्माताओं के पास पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण का उत्पादन करने की क्षमता है और यहां तक कि कुछ ही बड़े पैमाने पर पीईएम हाइड्रोजन उत्पादन प्रणाली विकसित कर सकते हैं। नतीजतन, कई बड़े पैमाने पर पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन परियोजनाएं विदेशी कंपनियों के उपकरणों को प्राथमिकता देती हैं।
विशेष रूप से, कुछ घरेलू उद्यमों और अनुसंधान संस्थानों ने 200Nm3/h के हाइड्रोजन उत्पादन पैमाने के साथ PEM हाइड्रोजन उत्पादन प्रणालियों का विकास हासिल किया है।
हालाँकि, घरेलू पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस जल हाइड्रोजन उत्पादन उद्योग व्यावसायीकरण के प्रारंभिक चरण में है। प्रचलित क्षारीय जल हाइड्रोजन उत्पादन विधि की तुलना में, पीईएम हाइड्रोजन उत्पादन के सामने मुख्य चुनौती इसकी लागत है।
एक उद्योग नेता ने कहा, "भविष्य में लागत कम करने के लिए पूरी आपूर्ति श्रृंखला को एक साथ काम करना चाहिए। प्रतिस्पर्धी होने के लिए, पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस जल हाइड्रोजन उत्पादन की लागत को क्षारीय जल हाइड्रोजन की तुलना में 1.5-2 गुना कम करने की आवश्यकता है। हरित हाइड्रोजन से उत्पादन।"
वर्तमान में, जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन आपूर्ति श्रृंखला का अपर्याप्त स्थानीयकरण है। द्विध्रुवी प्लेट, उत्प्रेरक, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली और गैस प्रसार परत जैसे मुख्य घटक लागत बाधाओं के कारण चुनौतियां पैदा करते हैं। जबकि कई घरेलू हरित हाइड्रोजन परियोजनाएं पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन तकनीक को अपनाती हैं, इस मार्ग का अनुसरण करने वाली परियोजनाओं की संख्या सीमित है।
संपूर्ण पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन आपूर्ति श्रृंखला के भीतर, प्रोटॉन विनिमय झिल्ली सबसे महत्वपूर्ण बाधा प्रस्तुत करती है।
उद्योग प्रतिनिधि के अनुसार, ईंधन कोशिकाओं के विपरीत, जल इलेक्ट्रोलिसिस-आधारित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए मुख्य रूप से उपयोग की जाने वाली प्रोटॉन झिल्ली 115 और 117 सजातीय झिल्ली होती हैं, जिनकी मोटाई 150-200 माइक्रोन होती है। यह मोटाई ईंधन सेल प्रोटॉन झिल्ली की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक ({{4%) माइक्रोन) है, जिसके परिणामस्वरूप कोटिंग के दौरान सूजन दर और संभावित विरूपण अधिक होता है। इसलिए, इलेक्ट्रोलाइटिक वॉटर मेम्ब्रेन कोटिंग उपकरण के लिए विशेष डिज़ाइन की आवश्यकता होती है, और इस उद्देश्य के लिए ईंधन सेल मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड का सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता है।
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