PEM इलेक्ट्रोलाइज़र चुनते समय, दक्षता, लागत, विश्वसनीयता और बहुमूल्य धातु पुनर्प्राप्ति मूल्य का व्यापक मूल्यांकन करें। अंतर्राष्ट्रीय खरीदार मुख्य रूप से ऊर्जा खपत दक्षता (आमतौर पर 4.8 kWh/Nm³ से कम), हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता (कई घन मीटर से लेकर सैकड़ों घन मीटर प्रति घंटे तक), सिस्टम जीवनकाल (आमतौर पर 60,000 घंटे से अधिक), और इरिडियम लोडिंग (लागत और पुनर्प्राप्ति मूल्य को सीधे प्रभावित करने वाला) पर ध्यान केंद्रित करते हैं। 2025 की एक उद्योग रिपोर्ट बताती है कि 1MW कंटेनरीकृत PEM इलेक्ट्रोलाइज़र की लागत लगभग $1.2-1.8 मिलियन है, जिसमें प्लैटिनम उत्प्रेरक कुल खर्च का 10-15% हिस्सा है। गतिशील संचालन के तहत स्थायित्व सुनिश्चित करने के लिए प्रमाणित त्वरित तनाव परीक्षण डेटा प्रदान करने वाले निर्माताओं से खरीदारी को प्राथमिकता दें। पुनर्चक्रण के लिए, प्रयुक्त टाइटेनियम एनोड और उत्प्रेरक परतों में बहुमूल्य धातुएँ इरिडियम और प्लैटिनम होती हैं। परफ्लुओरोसल्फोनिक अम्ल झिल्ली को सुपरक्रिटिकल CO₂ (40°C/25MPa) का उपयोग करके अलग किया जा सकता है, इसके बाद विद्युत-रासायनिक विलयन (0.5M H₂SO₄ + 0.1M Ce⁴⁺) के माध्यम से चयनात्मक इरिडियम निष्कर्षण किया जा सकता है, जिससे 97% तक पुनर्प्राप्ति प्राप्त होती है। विशिष्ट कीमती धातु पुनर्चक्रण कंपनियों के साथ सहयोग की अनुशंसा की जाती है, क्योंकि वे अपेक्षाकृत अधिक पुनर्प्राप्ति मूल्य प्रदान करती हैं।
पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) के माध्यम से उच्च दबाव में हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए पानी का कुशलतापूर्वक इलेक्ट्रोलाइज़ करते हैं। मुख्य अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
एनोड अभिक्रिया (ऑक्सीजन विकास अभिक्रिया, OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
कैथोड अभिक्रिया (हाइड्रोजन विकास अभिक्रिया, HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
समग्र अभिक्रिया: 2H₂O → 2H₂ + O₂
पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र परफ्लुओरोसल्फोनिक एसिड झिल्लियों (जैसे, नैफ़ियन®) का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में करते हैं, जो 0.07–0.08 एस/सेमी की उच्च प्रोटॉन चालकता प्रदर्शित करते हैं और उच्च धारा घनत्व (1.0–2.2 ए/सेमी²) पर संचालन को सक्षम बनाते हैं। झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (एमईए) मुख्य घटक है, जिसमें अत्यधिक ऑक्सीडेटिव वातावरण का सामना करने के लिए एनोड पर एक इरिडियम-आधारित उत्प्रेरक (जैसे, IrO₂) और हाइड्रोजन उत्सर्जन को बढ़ावा देने के लिए कैथोड पर एक प्लैटिनम उत्प्रेरक होता है। 2025 की प्रमुख तकनीकी प्रगति में शामिल हैं: पेरोव्स्काइट-संरचित उत्प्रेरक (जैसे, इर-डोप्ड स्ट्रोंटियम टाइटेनेट) जो इरिडियम के उपयोग को 57% तक कम करते हैं जबकि द्रव्यमान गतिविधि को दस गुना बढ़ाते हैं; अति-पतली मिश्रित झिल्लियाँ (जैसे, NH₂-MOF/पॉलीबेन्ज़िमिडाज़ोल) 160°C पर 0.308 एस/सेमी की चालकता प्राप्त करती हैं। पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर्स 85% से अधिक दक्षता प्राप्त कर लेते हैं, तथा नवीकरणीय ऊर्जा में उतार-चढ़ाव के प्रति सेकंड से भी कम समय में प्रतिक्रिया देते हैं, जिससे वे पवन और सौर ऊर्जा के साथ एकीकरण के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।
नीचे उत्तरी अमेरिका और यूरोप में अग्रणी पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर निर्माताओं के लिए प्रमुख मापदंडों की तुलना दी गई है (डेटा 2025 बाजार रिपोर्टों पर आधारित है):
| उत्पादक | नमूना | हाइड्रोजन उत्पादन (Nm³/h) | ऊर्जा खपत (kWh/Nm³) | सिस्टम दबाव | इरिडियम लोडिंग (g/kW) | मूल्य सीमा (USD/MW) | अनुप्रयोग क्षेत्र |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| कमिंस (यूएसए) | HySTAT PEM श्रृंखला | 10-100 | 4.5-5.5 | 30-45 बार | 0.3-0.5 | 130-160 | हाइड्रोजन स्टेशन, औद्योगिक डीकार्बोनाइजेशन |
| आईटीएम पावर (यूके) | एचजीएएसएक्सएमडब्ल्यू | 5-1000 | 5.06 | 35 बार | 0.4 | 140-170 | P2G परियोजनाएं, ऊर्जा भंडारण |
| नॉर्वे NEL | एम सीरीज कंटेनरीकृत | 200-400 | 4.5 | 50 बार | 0.35 | 120-150 | नवीकरणीय हाइड्रोजन उत्पादन, शोधन और पेट्रोरसायन |
| सीमेंस एनर्जी (जर्मनी) | सिलिज़र | 500-1000 | 5.0-5.4 | 40 बार | 0.25 | 150-180 | इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण, हरित अमोनिया उत्पादन |
कमिंस (एक्सेलेरा) बड़े पैमाने पर तैनाती में उत्कृष्ट है और दुनिया भर में इसकी 600 से ज़्यादा इकाइयाँ स्थापित हैं; इसकी 35 मेगावाट प्रणाली न्यूयॉर्क में औद्योगिक डीकार्बोनाइजेशन को शक्ति प्रदान करती है। आईटीएम पावर नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण में विशेषज्ञता रखती है, जो अधिक बिजली खपत के बावजूद तेज़ गतिशील प्रतिक्रिया प्रदान करती है। एनईएल का कंटेनरीकृत डिज़ाइन त्वरित तैनाती के लिए स्थापना को सरल बनाता है। सीमेंस एनर्जी में सबसे कम इरिडियम लोडिंग (0.25 ग्राम/किलोवाट) है, जो अमेरिकी ऊर्जा विभाग के 2026 के लक्ष्य (0.1 ग्राम/किलोवाट) के करीब है, जो इसे उच्च शुद्धता की मांग वाले उद्योगों के लिए उपयुक्त बनाता है। मुख्य खरीद संबंधी विचार: 4.8 kWh/Nm³ से कम बिजली की खपत परिचालन लागत को कम करती है, जबकि उच्च दबाव (>30 बार) बाद में संपीड़न आवश्यकताओं को कम करता है।
पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर में बहुमूल्य धातु पुनर्प्राप्ति मुख्य रूप से उत्प्रेरक कोटिंग झिल्ली (सीसीएम) और छिद्रपूर्ण परिवहन परत (पीटीएल) को लक्षित करती है:
1. एनोड उत्प्रेरक: इरिडियम या इरिडियम ऑक्साइड (IrO₂) का उपयोग करता है, जिसे आमतौर पर 0.2-0.5 मिलीग्राम/सेमी² पर लोड किया जाता है। निष्क्रियण के बाद, इरिडियम को विद्युत-रासायनिक विलयन (0.5M H₂SO₄ + 0.1M Ce⁴⁺) द्वारा 97% पुनर्प्राप्ति दर के साथ निकाला जा सकता है। पुनर्प्राप्त इरिडियम केवल 290mV@10mA/सेमी² का OER अधिविभव प्रदर्शित करता है, जो नए पदार्थ के लगभग बराबर है।
2. कैथोड उत्प्रेरक: प्लेटिनम नैनोकणों (0.1-0.3 मिलीग्राम/सेमी²) को माइक्रोवेव-सहायता प्राप्त एसिड लीचिंग (एक्वा रेजिया, 800W) के माध्यम से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, जिससे एसिड की खपत 40% कम हो जाती है।
3. टाइटेनियम आधारित घटक: बहुमूल्य धातुओं (जैसे, TiN) से लेपित छिद्रयुक्त परिवहन परतें और द्विध्रुवीय प्लेटें नाइट्रीकरण उपचार के माध्यम से टाइटेनियम की पुनर्प्राप्ति को सक्षम बनाती हैं, जिसमें अवशिष्ट इरिडियम का मूल्य लगभग $85/g (2025 इरिडियम मूल्य $150/g पर आधारित) होता है।
पुनर्प्राप्ति की लाभप्रदता इरिडियम लोडिंग और क्षरण तंत्रों पर निर्भर करती है (उदाहरण के लिए, कोटिंग का विघटन इरिडियम लोडिंग को 2 मिलीग्राम/वर्ग सेमी² से घटाकर 0.3 मिलीग्राम/वर्ग सेमी² कर सकता है)। हर 60,000 घंटे या 15% दक्षता में कमी आने पर पुनर्प्राप्ति की सलाह दी जाती है। एक 1 मेगावाट पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र से $20,000-$50,000 का पुनर्प्राप्ति योग्य मूल्य प्राप्त होता है (जिसमें 0.3-0.5 किलोग्राम इरिडियम होता है)। पीईबी इलेक्ट्रोलाइज़र रीसाइक्लिंग सेवाओं का चयन करते समय, बंद-लूप कीमती धातु उपयोग सुनिश्चित करने के लिए उनकी सुपरक्रिटिकल CO₂ और विद्युत रासायनिक शुद्धिकरण क्षमताओं की जाँच करें।
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