Полное руководство по покупке и переработке электролизеров PEM

При выборе электролизера с ПЭМ необходимо комплексно оценить эффективность, стоимость, надежность и показатель извлечения драгоценных металлов. Международные покупатели в первую очередь обращают внимание на энергоэффективность (обычно ниже 4,8 кВт⋅ч/Нм³), производительность по производству водорода (от нескольких кубических метров до сотен кубических метров в час), срок службы системы (обычно более 60 000 часов) и содержание иридия (непосредственно влияющее на стоимость и показатель извлечения). Согласно отраслевому отчёту за 2025 год, стоимость электролизера с ПЭМ в контейнерном исполнении мощностью 1 МВт составляет около 1,2–1,8 млн долларов США, при этом на платиновые катализаторы приходится 10–15% от общей стоимости. Отдавайте предпочтение закупкам у производителей, предоставляющих сертифицированные данные ускоренных стресс-тестов, чтобы гарантировать долговечность в динамических условиях эксплуатации. Отработанные титановые аноды и слои катализаторов, предназначенные для переработки, содержат драгоценные металлы – иридий и платину. Мембрану из перфторсульфоновой кислоты можно очистить с помощью сверхкритического CO₂ (40 °C/25 МПа) с последующей селективной экстракцией иридия электрохимическим растворением (0,5 M H₂SO₄ + 0,1 M Ce⁴⁺), достигая извлечения до 97%. Рекомендуется сотрудничество со специализированными компаниями по переработке драгоценных металлов , поскольку они предлагают относительно более высокую стоимость извлечения.

Новейшая технология электролизеров ПЭМ: принцип работы

Электролизёры с протонообменной мембраной (ПЭМ) эффективно электролизуют воду для получения водорода под высоким давлением через протонообменную мембрану (ПЭМ). Основные реакции: 

Анодная реакция (реакция выделения кислорода, РВК): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ 

Катодная реакция (реакция выделения водорода, HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂ 

Общая реакция: 2H₂O → 2H₂ + O₂ 

Электролизеры с протонной мембраной (ПЭМ) используют в качестве электролитов мембраны из перфторсульфоновой кислоты (например, Nafion®), обладающие высокой протонной проводимостью 0,07–0,08 См/см и позволяющие работать при высоких плотностях тока (1,0–2,2 А/см²). Основным компонентом является мембранно-электродный узел (МЭУ), в котором на аноде расположен катализатор на основе иридия (например, IrO₂), устойчивый к сильноокислительной среде, и платиновый катализатор на катоде, способствующий выделению водорода . Ключевые технологические достижения 2025 года включают: катализаторы со структурой перовскита (например, титанат стронция, легированный Ir), снижающие использование иридия на 57% при десятикратном увеличении массовой активности; сверхтонкие композитные мембраны (например, NH₂-MOF/полибензимидазол) достигают проводимости 0,308 См/см при 160 °C. Электролизеры PEM достигают эффективности, превышающей 85%, и обладают способностью реагировать на колебания возобновляемой энергии менее чем за секунду, что делает их пригодными для интеграции с ветровой и солнечной энергетикой.

Сравнение эксплуатационных параметров и цен ведущих международных производителей электролизеров PEM

Ниже приведено сравнение основных параметров ведущих производителей электролизеров ПЭМ в Северной Америке и Европе (данные основаны на отчетах о рынке за 2025 год): 

Cummins (Accelera) добилась успеха в крупномасштабном развертывании, установив более 600 установок по всему миру; её система мощностью 35 МВт обеспечивает промышленную декарбонизацию в Нью-Йорке. ITM Power специализируется на интеграции возобновляемых источников энергии, обеспечивая быстрый динамический отклик, несмотря на более высокое энергопотребление. Контейнерная конструкция NEL упрощает установку для быстрого развертывания. Siemens Energy имеет самое низкое содержание иридия (0,25 г/кВт), приближаясь к целевому показателю Министерства энергетики США на 2026 год (0,1 г/кВт), что делает её подходящей для отраслей с высоким спросом на электроэнергию высокой чистоты. Основные рекомендации по покупке: энергопотребление ниже 4,8 кВт⋅ч/Нм³ снижает эксплуатационные расходы, а высокое давление (>30 бар) минимизирует требования к последующему сжатию.

Подробный обзор всех перерабатываемых компонентов из драгоценных металлов в электролизерах PEM

Извлечение драгоценных металлов в электролизерах с ПЭМ в первую очередь направлено на мембрану каталитического покрытия (CCM) и пористый транспортный слой (PTL): 

1. Анодный катализатор: использует иридий или оксид иридия (IrO₂), обычно содержащий 0,2–0,5 мг/см². После дезактивации иридий может быть извлечен электрохимическим растворением (0,5M H₂SO₄ + 0,1M Ce⁴⁺) со степенью извлечения 97%. Восстановленный иридий имеет перенапряжение OER всего 290 мВ при 10 мА/см², что приближается к перенапряжению нового материала. 

2. Катализатор катода: наночастицы платины (0,1–0,3 мг/см²) можно извлечь с помощью кислотного выщелачивания с помощью микроволнового излучения (царская водка, 800 Вт), что позволяет сократить расход кислоты на 40%. 

3. Компоненты на основе титана: пористые транспортные слои и биполярные пластины, покрытые драгоценными металлами (например, TiN), позволяют извлекать титан путем азотирования, при этом остаточный иридий оценивается приблизительно в 85 долл. США/г (на основе цены на иридий в 2025 г. в размере 150 долл. США/г). 

Рентабельность извлечения зависит от степени загрязнения иридием и механизмов его деградации (например, отслоение покрытия может снизить содержание иридия с 2 мг/см² до 0,3 мг/см²). Рекомендуется проводить извлечение каждые 60 000 часов работы или при снижении эффективности на 15%. Один электролизер PEM мощностью 1 МВт обеспечивает извлечение в размере 20 000–50 000 долларов США (содержащий 0,3–05 кг иридия). При выборе услуг по переработке электролизеров PEB убедитесь в их возможностях сверхкритической CO₂ и электрохимической очистки, чтобы обеспечить замкнутый цикл использования драгоценных металлов.