الصفحة الرئيسية > المدونات > الدليل الشامل لشراء وإعادة تدوير أجهزة التحليل الكهربائي PEM Sep 16,2025مراسل: DONGSHENG
عند اختيار أجهزة التحليل الكهربائي بتقنية PEM، قيّم الكفاءة والتكلفة والموثوقية وقيمة استرداد المعادن الثمينة بشكل شامل. يركز المشترون الدوليون بشكل أساسي على كفاءة استهلاك الطاقة (عادةً أقل من 4.8 كيلوواط/ساعة/متر مكعب)، وسعة إنتاج الهيدروجين (تتراوح بين عدة أمتار مكعبة ومئات الأمتار المكعبة في الساعة)، وعمر النظام (عادةً ما يتجاوز 60,000 ساعة)، وحمل الإيريديوم (الذي يؤثر بشكل مباشر على التكلفة وقيمة الاسترداد). يشير تقرير صناعي صدر عام 2025 إلى أن تكلفة أجهزة التحليل الكهربائي بتقنية PEM المعبأة في حاويات بقدرة 1 ميجاواط تتراوح بين 1.2 و1.8 مليون دولار أمريكي تقريبًا، وتمثل محفزات البلاتين ما بين 10 و15% من إجمالي التكاليف. أعطِ الأولوية للشراء من الشركات المصنعة التي توفر بيانات اختبار إجهاد مُسرّعة معتمدة لضمان المتانة في ظل التشغيل الديناميكي. لإعادة التدوير، تحتوي أنودات التيتانيوم المستهلكة وطبقات المحفز على معادن الإيريديوم والبلاتين الثمينة. يمكن نزع غشاء حمض البيرفلورو سلفونيك باستخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (40 درجة مئوية/25 ميجا باسكال)، يليه استخلاص انتقائي للإيريديوم عن طريق الذوبان الكهروكيميائي (0.5 مولار من H₂SO₄ + 0.1 مولار من Ce⁴⁺)، مما يحقق نسبة استرداد تصل إلى 97%. يُنصح بالتعاون مع شركات متخصصة في إعادة تدوير المعادن الثمينة ، نظرًا لارتفاع أسعارها نسبيًا.
تُجري مُحللات PEM الكهربائية تحليلًا كهربائيًا فعالًا للماء لإنتاج الهيدروجين تحت ضغط عالٍ عبر غشاء تبادل البروتون (PEM). التفاعلات الأساسية هي:
تفاعل الأنود (تفاعل تطور الأكسجين، OER): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
تفاعل الكاثود (تفاعل تطور الهيدروجين، HER): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
التفاعل الكلي: 2H₂O → 2H₂ + O₂
تستخدم أجهزة التحليل الكهربائي بتقنية غشاء البروتون الغشائي (PEM) أغشية حمض البيرفلورو سلفونيك (مثل Nafion®) كإلكتروليتات، تتميز بموصلية بروتونية عالية تتراوح بين 0.07 و0.08 S/cm، مما يُمكّن من التشغيل عند كثافات تيار عالية (1.0 و2.2 A/cm²). تُعد مجموعة أقطاب الغشاء (MEA) المكون الأساسي، وتتميز بوجود محفز قائم على الإيريديوم (مثل IrO₂) عند الأنود لتحمل البيئة شديدة الأكسدة، ومحفز بلاتيني عند الكاثود لتعزيز تحلل الهيدروجين . تشمل التطورات التكنولوجية الرئيسية لعام 2025: محفزات ذات بنية بيروفسكايت (مثل تيتانات السترونشيوم المشبع بالإيريديوم) تُقلل من استخدام الإيريديوم بنسبة 57% مع زيادة النشاط الكتلي عشرة أضعاف؛ وتحقق الأغشية المركبة فائقة الرقة (مثل NH₂-MOF/بولي بنزيميدازول) موصلية كهربائية تبلغ 0.308 S/cm عند درجة حرارة 160 درجة مئوية. تصل كفاءة أجهزة التحليل الكهربائي PEM إلى ما يزيد عن 85%، مع استجابة أقل من ثانية لتقلبات الطاقة المتجددة، مما يجعلها مناسبة للتكامل مع طاقة الرياح والطاقة الشمسية.
فيما يلي مقارنة للمعايير الرئيسية لمصنعي أجهزة التحليل الكهربائي PEM الرائدين في أمريكا الشمالية وأوروبا (البيانات تستند إلى تقارير السوق لعام 2025):
| الشركة المصنعة | نموذج | إنتاج الهيدروجين (نيوتن متر مكعب/ساعة) | استهلاك الطاقة (كيلوواط ساعة/متر مكعب نيوتن) | ضغط النظام | تحميل الإيريديوم (جم/كيلوواط) | نطاق السعر (دولار أمريكي/ميغاواط) | قطاع التطبيقات |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| كومينز (الولايات المتحدة الأمريكية) | سلسلة HySTAT PEM | 10-100 | 4.5-5.5 | 30-45 بار | 0.3-0.5 | 130-160 | محطات الهيدروجين وإزالة الكربون الصناعي |
| شركة آي تي إم باور (المملكة المتحدة) | HGASXMW | 5-1000 | 5.06 | 35 بار | 0.4 | 140-170 | مشاريع P2G وتخزين الطاقة |
| النرويج NEL | سلسلة M في حاويات | 200-400 | 4.5 | 50 بار | 0.35 | 120-150 | إنتاج الهيدروجين المتجدد والتكرير والبتروكيماويات |
| شركة سيمنز للطاقة (ألمانيا) | سيليزر | 500-1000 | 5.0-5.4 | 40 بار | 0.25 | 150-180 | تصنيع الإلكترونيات وإنتاج الأمونيا الخضراء |
تتميز شركة Cummins (Accelera) بالتطبيق واسع النطاق، حيث تم تركيب أكثر من 600 وحدة حول العالم؛ ويُشغّل نظامها بقدرة 35 ميجاوات عمليات إزالة الكربون الصناعية في نيويورك. تتخصص شركة ITM Power في تكامل الطاقة المتجددة، مما يوفر استجابة ديناميكية سريعة رغم ارتفاع استهلاك الطاقة. يُبسط تصميم NEL المُدمج في الحاويات عملية التركيب لضمان سرعة النشر. تتميز شركة Siemens Energy بأقل تحميل للإيريديوم (0.25 غ/كيلوواط)، وهو ما يقترب من هدف وزارة الطاقة الأمريكية لعام 2026 (0.1 غ/كيلوواط)، مما يجعلها مناسبة للصناعات عالية النقاء. اعتبارات الشراء الرئيسية: يُقلل استهلاك الطاقة الذي يقل عن 4.8 كيلوواط/ساعة/متر مكعب من تكاليف التشغيل، بينما يُقلل الضغط العالي (>30 بار) من متطلبات الضغط اللاحقة.
يستهدف استرداد المعادن الثمينة في أجهزة التحليل الكهربائي PEM في المقام الأول غشاء طلاء المحفز (CCM) وطبقة النقل المسامية (PTL):
1. محفز الأنود: يستخدم الإيريديوم أو أكسيد الإيريديوم (IrO₂)، عادةً بتركيز 0.2-0.5 ملغم/سم². بعد التعطيل، يمكن استخلاص الإيريديوم عن طريق التحلل الكهروكيميائي (0.5 مولار من H₂SO₄ + 0.1 مولار من Ce⁴⁺) بنسبة استرداد 97%. يُظهر الإيريديوم المُستعاد جهدًا زائدًا للجهد يبلغ 290 ملي فولت فقط عند 10 مللي أمبير/سم²، وهو ما يُقارب جهد المادة الجديدة.
2. محفز الكاثود: يمكن استعادة جسيمات البلاتين النانوية (0.1-0.3 مجم/سم²) عن طريق الاستخلاص الحمضي بمساعدة الميكروويف (الماء الملكي، 800 واط)، مما يقلل من استهلاك الحمض بنسبة 40%.
3. المكونات القائمة على التيتانيوم: تتيح طبقات النقل المسامية والألواح ثنائية القطب المطلية بالمعادن الثمينة (على سبيل المثال، TiN) استعادة التيتانيوم من خلال معالجة النترتة، مع تقدير قيمة الإيريديوم المتبقي بحوالي 85 دولارًا أمريكيًا للجرام (بناءً على سعر الإيريديوم في عام 2025 البالغ 150 دولارًا أمريكيًا للجرام).
تعتمد ربحية الاستعادة على آليات تحميل الإيريديوم وتحلله (على سبيل المثال، يمكن أن يُخفّض تقشير الطلاء تحميل الإيريديوم من 2 ملغ/سم² إلى 0.3 ملغ/سم²). يُوصى بالاستعادة كل 60,000 ساعة أو عند انخفاض الكفاءة بنسبة 15%. يُنتج مُحلل كهربائي واحد بتقنية PEM بقدرة 1 ميجاوات قيمة قابلة للاستعادة تتراوح بين 20,000 و50,000 دولار أمريكي (يحتوي على 0.3-0.5 كجم من الإيريديوم). عند اختيار خدمات إعادة تدوير مُحللات PEB، يُرجى التحقق من قدرتها على تنقية ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج والكيمياء الكهربائية لضمان استخدام المعادن الثمينة في حلقة مغلقة
لغة
