Trots att elektrolysörer byggs av identiska komponenter kan deras prestanda variera kraftigt beroende på var i systemet de sitter. Det visar en ny studie från forskare i Portugal, publicerad i International Journal of Hydrogen Energy.
Resultaten pekar på dolda ineffektiviteter som riskerar att öka energiförbrukningen och förkorta livslängden i anläggningar för vätgasproduktion.
Identiska delar – olika beteende
Forskarna har analyserat så kallade PEM-elektrolysörer, en vanlig teknik för att producera vätgas. I dessa system består anläggningen av flera staplade celler som i teorin är identiska.
Men i praktiken visade det sig att cellerna beter sig olika beroende på om de sitter i mitten eller i ytterkanten av systemet.
– Trots att cellerna är fysiskt lika uppstår skillnader i temperatur, vattenflöde och elektriskt motstånd, skriver forskarna i studien.
Genom att skicka små elektriska signaler genom ett kommersiellt system med 16 celler kunde forskarna analysera hur åtta av cellerna reagerade under drift. De kombinerade detta med avancerade simuleringar i programmet COMSOL Multiphysics.
Högre energiförbrukning i ytterceller
Resultaten visar att de yttre cellerna kyls mer effektivt eftersom vattenflödet är högre där. Det leder till lägre temperaturer – men också högre elektriskt motstånd.
Konsekvensen blir att dessa celler kräver högre spänning för att producera samma mängd vätgas.
– Högre spänning innebär att mer el behövs per kilo vätgas, och en stor del av energin går förlorad som värme, enligt studien.
Samtidigt blir de inre cellerna varmare, vilket kan öka risken för slitage på material som membran och katalysatorer. Det kan i sin tur leda till kortare livslängd och ojämlik åldrande i systemet.
Kan påverka framtida energisystem
Forskarna menar att dessa skillnader måste tas på större allvar i framtida konstruktioner av elektrolysörer.
– Resultaten ger en djupare förståelse för variationer mellan celler och kan bidra till bättre design och drift, konstaterar forskarna.
Detta är särskilt relevant i takt med att vätgas lyfts fram som en central del av energisystemet – trots att tekniken fortfarande brottas med höga kostnader och energiförluster.
Vad är en elektrolysör
En elektrolysör är en anläggning som använder elektricitet för att dela vatten i två gaser: vätgas och syre.
Förenklat fungerar det så här:
– Vatten leds in i en cell
– Elektricitet tillförs
– Vattenmolekylerna delas upp
– Vätgas samlas upp som energibärare
I en så kallad PEM-elektrolysör används ett speciellt membran som släpper igenom vätejoner men stoppar elektroner. Det gör att processen kan styras effektivt – men kräver avancerade material och hög elkvalitet.
Tekniken beskrivs ofta som en väg till fossilfri vätgas, men i praktiken beror klimatnyttan helt på hur elen produceras – samt hur effektiv själva elektrolysören är.
Källa: International Journal of Hydrogen Energy
Fakta:
Studien bygger på analyser av ett begränsat antal celler i en kommersiell elektrolysör. Resultaten visar på tekniska utmaningar i dagens system, men hur stora effekterna blir i fullskalig drift varierar beroende på konstruktion och användning. Effektivitetsproblem och energiförluster är en återkommande kritik mot vätgasteknik.
