水素製造用電解装置のガイド

水素は、未来のエネルギーとして、地球温暖化対策において重要な役割を果たしています。ガスを確実に供給するために必要なのは、適切な水素製造技術だけです。何よりもまず、「電解装置」と呼ばれるものです。これは水を水素と酸素に分ける装置の名称です。 

その水素を高圧の圧力ベッセルに保管できます。必要に応じて燃料電池と呼ばれる装置を使用してクリーンなエネルギーを作り出すことができます。

問題は、水素が既知の分子の中で最も小さいことであり、保管するためにあまりにも多くのスペースを占有することです。そのため、まず圧縮する必要があるのです。 

「グリーン水素製造」とは、水分子を分解して水素と純粋な酸素を生成することです。これには電解装置が必要ですが、通常、設備投資と運用支出の観点からこのような設置で最も高価な部分です。この種の水素製造技術の総コストの約70%を占めています。 

しかし、すべての電解装置が同じであるわけではありません。実際、4つの主要な技術があります。独自の水素を製造したい場合は、まず、どのタイプの電解装置が操作に最適なソリューションであるかを決定する必要があります。 

それはすべて用途によって異なります。水素から得られたエネルギーは、水素燃料バスから発電所まで、さまざまな分野で利用できます。 
 

4種類のさまざまな電解装置とその違いを見てみましょう。 

• アルカリ電解装置：これらは最も古い工業用電解装置であり、長年存在しています。ここでは、水酸化物イオンが電解質（この場合はアルカリ性溶液）を通って陰極から陽極に送られます。これにより水素が発生します。 
• 高分子電解質膜（PEM）：この電解装置では、固体高分子電解質を用いて陽極から陰極に陽子を伝導します。同時に、電極は電気的に絶縁されています。 
• 固体酸化物電解装置：固体セラミック材料を電解質として使用し、異なる方法で水素を発生させる電解装置です。高温を使用することで、電解質は、負に帯電した酸素イオンを伝導します。 
• 陰イオン交換膜（AEM）：この新しい技術は、アルカリ電解と同様に機能します。しかし、PEM電解とは異なり、高価な貴金属を使用する必要はありません。 

各電解装置システムには、独自の利点と欠点があります。
 

• アルカリ：このタイプの電解装置はレアメタルを必要としません。PEMよりもはるかに安価です。一方、変動への反応はゆっくりであり、起動には約20分かかります。 
• PEM：これは非常に人気のある技術です。アルカリ電解装置よりも高価で、レアメタルが必要なこともあります。しかし、変動には素早く対応し、すぐに起動します。 
• 固体酸化物：これは最も効率的な技術であり、工業化に近いものです。しかし、今のところ、これも非常に高価です。技術がより広く使用されると、時間の経過とともにコストが削減されるのは当然のことです。  
• AEM：アルカリとPEMを組み合わせたこの技術は、まだ工業化されていません。柔軟性があり、レアメタルを使用する必要はありません。この技術がさらに発展すれば、PEMの持続可能な代替手段になる可能性があります。

これらの水素製造技術にはそれぞれ独自の「最善点」があります。これにより、最適に使用できる用途を決定します（以下の図は、5～100バールの吐出圧力を想定しています）。 
 

• アルカリ：ここでは、吐出圧力が比較的低く、0から16バールの範囲ですが、まれにそれをわずかに上回ることがあります。この確立された技術は、10～20 MWの用途に最適です。 
• PEM：この技術の通常のインレット吐出圧力は30バールですが、10バール高くすることも、低くすることもできます。応答時間が速いため、小規模な工場に最適です。より高価ですが、より広い範囲の用途（10～40 MWから）にも適しています。 
• 固体酸化物：この技術は蒸気を必要とするため、プロセス蒸気を発生するあらゆる操作に最適です。インレット吐出圧力は大気圧とほぼ同じです。まだかなり新しいこの技術は、5～20 MWの用途に最適です。  
• AEM：用途はPEMに似ています。インレット吐出圧力は通常30バールですが、10バール低くすることも、高くすることもできます。この技術は現在も改良されており、10～40 MWの用途に最適です。 

アトラスコプコは、あらゆるタイプの電解装置技術を補完するために、複数の技術を社内で開発してきました。これには、さまざまな種類の電解装置や用途に対応するハイブリッドソリューションも含まれます。 

これらの技術がご参考になる場合、または最適な技術がわからない場合は、当社のスペシャリストにご連絡ください。ご要望をお伺いして最適なソリューションを見つけます。