Projekt realizuje grupa PERESS –PEM Electrolysis for Renewable Energy Storage System

Projekt ten jest odpowiedzią na obecne problemy globalnej energetyki. Problemy, które dotyczą Polski, Europy jak i całego świata. Pierwszym z nich jest zanieczyszczenie środowiska. Chcielibyśmy wytwarzać energię bez emisji. Chcielibyśmy również spalać paliwa, które emitują do atmosfery jak najmniejszą ilość substancji szkodliwych. Ponadto na podstawie dyrektyw Europejskich jesteśmy zmuszeni do zwiększania udziałów Odnawialnych Źródeł Energii w miksie energetycznym. Jak wiemy źródła te są nieprzewidywalne z powodu oddziaływań atmosferycznych. Kolejnym problemem stricte związanym z OZE są przeciążenia sieci elektroenergetycznej. W sytuacji kiedy mamy nadmierną produkcję energii z OZE pojawiają się nadwyżki energii, z którymi nie potrafimy sobie poradzić. Na koniec mamy problem z magazynowanie energii. Chcielibyśmy nasz nadmiar energii z sieci elektroenergetycznej akumulować, a w dzisiejszych czasach nie mamy kompaktowych urządzeń, które mogłyby magazynować energię na wysoką skalę. Chcielibyśmy rozwiązać ten problem, ponadto liczy się dla nas wysoka sprawność procesów oraz elastyczna sterowalność urządzeniami.

Rozwiązaniem powyższych problemów jest program Power-to-Gas. Program ten zakłada wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej z OZE a następnie konwersję jej do wodoru. Dzieje się to w procesie elektrolizy PEM (z użyciem membrany do wymiany protonów, Proton Exchange Membrane). Wodór uzyskiwany w tym procesie może być kierowany do infrastruktury gazowej, aby przesyłać go na dalekie odległości, nie obciążając i tak przeciążonych już sieci elektroenergetycznych. Coraz częściej słyszy się o wykorzystaniu wodoru w motoryzacji lub w przemyśle. Proces elektrolizy PEM daje wodór bardzo czysty (99.999999% czystości), co pozwala mu być świetnym paliwem dla ogniw paliwowych. Dbając o środowisko można ten czysty wodór wykorzystać w procesie metanizacji CO2 aby uzyskać metan, który można wykorzystać w sieci gazowej.

Technologia ta jest młoda, dopiero rozwijana na świecie. Również w Polsce, czołowe firmy energetyczne, wyraziły zainteresowanie tą technologią. Uważamy że nasz elektrolizer świetnie pasowałby do tego projektu, dzięki czemu wspólnymi siłami można stworzyć rodzime urządzenie, na światowym poziomie.

Główną wadą przypisywaną tej technologii jest niska sprawność procesu elektrolizy. Nasz projekt zakłada WYSOKOSPRAWNĄ elektrolizę PEM, aby wyeliminować tę wadę. Najnowsze rozwiązania, które możemy wdrożyć dzięki rozwijaniu projektu na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym, oraz dzięki współpracy z największymi przedsiębiorstwami badawczo-rozwojowymi na świecie, mogą przyczynić się do sukcesu projektu grupy PERESS. Dzięki nawiązaniu współpracy z zewnętrznymi przedsiębiorstwami, mamy możliwość przetestowania najnowszej membrany, która zapewnia doskonałe parametry.

Głównymi zaletami wykorzystania membrany testowanej w projekcie są jej parametry prądowo-napięciowe. Przy tym samym potencjale elektrycznym potrzebnym do przeprowadzenia procesu elektrolizy membrana użyta w projekcie ma możliwość obciążenia dwukrotnie większą gęstością prądu, co ma bezpośredni wpływ na wydajność procesu. Jednocześnie można zauważyć, że przy tej samej gęstości prądu membrana ta wymaga o około 10% mniejszego potencjału elektrycznego potrzebnego do przeprowadzenia procesu, co pozwoliłoby przeprowadzić proces z 10% zyskiem energetycznym w porównaniu do membran używanych dotychczas.

Proces elektrolizy PEM znany jest od ponad 50 lat. Od początku technologia borykała się z wieloma problemami skupionymi głównie wokół serca elektrolizera czyli membrany oraz elektrod pokrytych katalizatorem. Głównymi zarzutami przeciwko technologii elektrolizy PEM była niska sprawność.

Do prowadzenia elektrolizy wody potrzebujemy nie tylko elektrolizera ale całego systemu. System ten powinien być skonstruowany w taki sposób aby zapewnić trwałość wszystkich urządzeń, szybką reakcję na zmianę parametrów zasilania oraz wysoką efektywność. Z punktu widzenia studentów wydziału Mechaniczno-Energetycznego oraz członków SKN Płomień system nie jest skomplikowany, gdyż z wieloma jego komponentami pracujemy na co dzień na Politechnice Wrocławskiej. Budowa odpowiedniego systemu jest niezwykle istotna przy urządzeniach dużej mocy. Aby móc stosować elektrolizery PEM jako rozwiązanie na wspomniane w poprzedniej części prezentacji problemy musimy budować systemy bardziej kompleksowe oraz osiągające megawatową skalę mocy. Nasze działania nad koncepcją budowy i badania systemu Elektrolizy PEM są skierowane na skalowanie go do wartości spełniających zapotrzebowanie rynku. Wiele gałęzi przemysłu wymaga bardzo czystego wodoru m.in. elektrownie które chłodzą wodorem swoje generatory dużej mocy czy przemysł chemiczny. Elektroliza PEM dostarcza nam dzisiaj wodór o najwyższej możliwej czystości, którą da się uzyskać stosując dostępne technologie przemysłowe.