De acordo com pt.wedoany.com-A fabricante britânica de eletrolisadores ITM Power e a empresa de fluoropolímeros Gore afirmam ter demonstrado que uma membrana de troca de prótons (PEM) ultrafina pode alcançar maior eficiência e durabilidade a longo prazo na produção de hidrogênio verde.
Resultados divulgados em um white paper da Gore mostram que uma membrana reforçada de 50 μm operou por 11.000 horas em "condições industrialmente relevantes", mantendo baixa taxa de degradação, baixa permeabilidade ao hidrogênio e alta eficiência.
A membrana protótipo é significativamente mais fina do que muitas membranas PEM usadas em eletrolisadores comerciais atuais, que geralmente têm espessura entre 100 e 180 μm.
Com base em múltiplos indicadores de desempenho, como degradação de tensão, permeação de hidrogênio e taxa de liberação de fluoreto, a ITM e a Gore estimam que o conceito da membrana pode alcançar uma vida útil operacional de aproximadamente 80.000 horas.
Esse número é uma previsão baseada na tendência de degradação observada, e não no tempo real de operação.
Embora os fabricantes busquem reduzir a espessura da membrana para diminuir a resistência e aumentar a eficiência, membranas mais finas são tradicionalmente associadas a maiores problemas de permeação de hidrogênio e degradação.
Em um webinar, a Dra. Naima Heck, Diretora Técnica da Gore para Energia Limpa na EMEA, afirmou que a indústria está cada vez mais deixando de ver o design de membranas como uma simples troca de vantagens e desvantagens.
Ela disse: "O conceito de 50 μm discutido realmente mostra os benefícios de melhorar a eficiência da célula, e também indica que é possível manter uma operação estável e segura por um longo período."
O protótipo mais recente combina uma membrana PFSA reforçada com politetrafluoroetileno expandido de 50 μm e um design otimizado de catalisador composto. De acordo com o white paper, a membrana foi testada por mais de 11.000 horas em uma pilha curta com área ativa de 130 cm², sob condições de 55°C, 3,3 A/cm² e diferencial de pressão de 20 bar.
O teste registrou uma taxa de degradação de tensão de 1,2 μV/h, equivalente a uma degradação anual de desempenho inferior a 0,6%. A permeação de hidrogênio manteve-se abaixo de 0,4% durante todo o teste, e a eficiência ficou entre 48,3 e 49,5 kWh/kg de hidrogênio.
As duas empresas afirmam que, em comparação com o protótipo anterior de 85 μm (que acumulou 28.000 horas de teste), a membrana apresenta uma redução de cerca de 40% na resistência superficial específica e um aumento de aproximadamente 4% na eficiência.
Em um ano de operação na refinaria da Shell em Rheinland (totalizando 30.000 horas), um eletrolisador ITM de 10 MW relatou uma eficiência média de 49 kWh/kg de hidrogênio, com uma taxa de degradação de 0,09% a cada 1.000 horas de operação.
O projeto foi iniciado em resposta ao que as duas empresas chamam de falta de dados públicos sobre a durabilidade de longo prazo de eletrolisadores PEM operando em condições comerciais.
Frederic Marchal, Diretor Técnico da ITM, afirmou que a durabilidade da membrana é frequentemente mal compreendida na indústria.
Ele disse que a colaboração visa aprofundar a compreensão do comportamento da membrana e dos mecanismos de degradação, permitindo que ambas as empresas ultrapassem os limites de desempenho enquanto reduzem o risco técnico.
As duas empresas acreditam que este trabalho pode, em última análise, reduzir o custo de produção de hidrogênio ao diminuir a eletricidade necessária para produzir cada quilograma de hidrogênio.
Ao discutir o impacto econômico, Heck disse: "O ponto mais óbvio para reduzir custos é, primeiro, se você considerar membranas finas, elas podem ajudar a reduzir a entrada de energia necessária, o que se traduzirá em um custo nivelado de hidrogênio mais baixo."
Marchal afirmou que o impacto pode ir além de melhorias incrementais.
Ele disse: "Esperamos que o ganho percentual de eficiência atinja níveis significativos, de dois dígitos ou mais, em comparação com o que é alcançado com a tecnologia de ponta atual. Portanto, é disruptivo e impactante."
Embora a membrana ainda esteja em fase de desenvolvimento tecnológico e não seja um produto comercial, a Gore afirma que essas descobertas estão informando sua próxima geração de membranas para eletrolisadores PEM.
As duas empresas também afirmam que esses resultados fornecem uma plataforma para explorar ainda mais operações em temperaturas mais altas, densidades de corrente mais elevadas e designs de membranas ainda mais finos.
