شرکت Plug Power آمریکا می‌گوید: فناوری PEM مبتنی بر پلاتین، در قلب هر کاری که انجام می‌دهیم قرار دارد

Andy Marsh، رئیس و مدیرعامل Plug Power، تصریح کرد که فناوری غشای تبادل پروتون (PEM) مبتنی بر پلاتین، زیربنای اصلی تمامی فعالیت‌های این شرکت پذیرفته شده در بورس Nasdaq است.

شرکت Plug Power  نیروی محرکه اصلی در توسعه اقتصاد هیدروژن سبز و فناوری پیل سوختی با کاتالیزور پلاتین در ایالات متحده محسوب می‌شود. دلیل گرایش شرکت‌های آمریکایی به این شیوه عملکرد سازگار با محیط زیست، صرفه اقتصادی و منافع حاصل از آن است.

این شرکت بزرگترین کارخانه هیدروژن سبز مایع در ایالات متحده را ساخته و بهره‌برداری می‌کند، یک کارخانه 15 تنی در روز که از الکترولیزرهای 40 مگاواتی پلاگ (Plug) با کاتالیزور پلاتین و ایریدیوم استفاده می‌کند.

بیش از 80,000 دستگاه لیفتراک از طریق 250 ایستگاه سوخت‌رسانی هیدروژنی که توسط این شرکت بنا شده است، تامین انرژی می‌شوند.

در مجموع، حدود 150 مرکز وابسته به والمارت و آمازون از فناوری PEM پلاگ برای فعالیت شبانه‌روزی استفاده می‌کنند.

به واسطه فناوری پلاگ، این شرکت‌ها مدعی هستند که قادر به جابجایی 8 تا 10 درصد پالت بیشتر در هر ساعت هستند، ضمن آنکه از مصرف‌کنندگان انرژی پاک نیز به شمار می‌روند.

مارش در ادامه تصریح نمود: در موقعیت‌هایی که راه‌اندازی سریع، قابلیت فعالیت در شرایط آب و هوایی سرد و تغییر سطح توان به صورت لحظه‌ای مورد نیاز است، فناوری PEM راهکار بهینه محسوب می‌شود.

شرکت پلاگ (Plug) قرارداد تسهیلاتی به مبلغ 1.66 میلیارد دلار با وزارت انرژی ایالات متحده (DoE)  برای احداث یک واحد تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ در ایالت تگزاس به امضا رسانده است. وزارت انرژی با اذعان به ظرفیت‌های بالقوه هیدروژن سبز و فناوری‌های پیل سوختی در جهت کاهش آلایندگی صنایع مختلف و کمک به دستیابی به آینده‌ای با انرژی پاک‌تر، به طور مستمر در فعالیت‌های تحقیق و توسعه مرتبط با این حوزه مشارکت داشته است.

دفتر فناوری‌های هیدروژن و پیل سوختی وزارت انرژی ایالات متحده (DoE) بر توسعه فناوری‌هایی تمرکز دارد که قادر باشند هیدروژن را از طریق مسیرهای بدون کربن(net-zero-carbon pathways)، با هزینه 2 دلار به ازای هر کیلوگرم تا سال 2026 و 1 دلار به ازای هر کیلوگرم تا سال 2031 تولید نمایند. این اقدام در راستای پشتیبانی از هدف برنامه Hydrogen Energy Earthshot مبنی بر کاهش 80 درصدی هزینه تولید هیدروژن به 1 دلار به ازای هر کیلوگرم در طول یک دهه انجام می‌شود.

این فعالیت‌ها در حالی پیگیری می‌شوند که قانون کاهش تورم (IRA) نیز به منظور مقابله با اثرات فاجعه‌بار احتمالی تغییرات آب و هوایی به تصویب رسیده است.

این امر موجب تشویق و افزایش قابل توجه سرمایه‌گذاری در حوزه‌های انرژی پاک، اقدامات اقلیمی و عدالت زیست‌محیطی شده است، که هدف از آن کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و حرکت به سمت یک اقتصاد با رویکرد حفاظت از محیط زیست است.

قانون IRA که توسط رئیس جمهور سابق، جو بایدن، در آگوست 2022 به قانون تبدیل شد، این ظرفیت را دارد که سرمایه گذاری 3 تریلیون دلاری در زمینه آب و هوا در دوره 2032-2022 و 11 تریلیون دلاری در کل زیرساخت ها تا سال 2050 را فعال کند.

عوامل اصلی و تعیین‌کننده در موفقیت این امر، فلزات گروه پلاتین می‌باشند که کشور آفریقای جنوبی غنی‌ترین منابع آن را در خود جای داده است.

علی‌رغم اینکه فلزات گروه پلاتین مشمول تعرفه‌های جدید وضع‌شده از سوی ایالات متحده نیستند، پیامدهای اعلامیه 'روز آزادی' آمریکا در تاریخ 2 آوریل (چهارشنبه)، به دلیل اعمال تعرفه 30 درصدی بر آفریقای جنوبی (علاوه بر تعرفه پایه 10 درصدی) و نیز تعرفه‌های اختصاصی بالاتر بر برخی کشورها (شامل 20% برای اتحادیه اروپا، 24% برای ژاپن، 26% برای هند و 34% برای چین)، مشهود است.

من مدتی را با وزارت انرژی (DoE)و همچنین بسیاری از نمایندگان جمهوری‌خواه کنگره گذرانده‌ام. اگرچه هیچ تضمینی وجود ندارد که مشوق‌های ایجاد شده برای توسعه صنعت هیدروژن سبز تداوم یابند، اما به نظر من احتمال تداوم آن‌ها زیاد است.

بیش از 20 نفر از اعضای جمهوری‌خواه مجلس نمایندگان از رئیس‌جمهور و رئیس مجلس خواسته‌اند که در مفاد مرتبط با هیدروژن در قانون کاهش تورم (IRA) تغییری ایجاد نکنند.

این صنعت، به‌شدت مورد حمایت صنعت نفت و گاز است. پروژه‌های کلان متعددی، به‌ویژه در مناطقی مانند تگزاس (از جمله کارخانه 45 تنی تولید مایعات متعلق به خودمان) در دست بررسی و طراحی هستند.

به گفته مارش، مراکز هیدروژنی در ایالات متحده ایجاد خواهند شد. احتمالاً این اتفاق با سرعتی که مردم سه یا چهار سال پیش امیدوار بودند رخ نمی‌دهد، اما ما واقعاً معتقدیم که این روند ادامه خواهد داشت.

توسعه این شرکت در ایالات متحده، با شهرت برجسته آن در زمینه هیدروژن سبز و پیل سوختی، که از زمان تاسیس در سال 1997 به دست آورده، تقویت شده است.

شرکت پلاگ (Plug) در اروپا و استرالیا به رسمیت شناخته شده و آفریقا را ترغیب می‌نماید تا شبکه انرژی خود را با استفاده از انرژی‌های خورشیدی و بادی کم‌هزینه‌تر، همراه با توسعه هیدروژن سبز و پیل‌های سوختی گسترش دهد. از این طریق، بخشی از ذخایر غنی معدنی آفریقا می‌تواند در داخل این قاره، از طریق توسعه صنایعی که منجر به ایجاد فرصت‌های شغلی پایدار در عرصه جدید برق‌رسانی سازگار با محیط زیست برای مردم آفریقا می‌شوند، مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

جالب توجه است که در برخی ساعات شبانه‌روز، انرژی تجدیدپذیر به صورت رایگان در دسترس قرار می‌گیرد و می‌توان در دوره‌های کم‌باری شبکه، از آن برای تولید هیدروژن سبز به منظور استفاده در زمان اوج تقاضای برق بهره‌برداری نمود.

PEM قلب فعالیت‌های ما در زمینه پیل‌های سوختی و الکترولیزرها است. ما حدود 35 درصد از مواد غذایی خرده‌فروشی در ایالات متحده را جابجا می‌کنیم و منحصراً از فناوری PEM استفاده می‌کنیم، و پلاتین بخش بزرگی از زندگی من است. فکر می‌کنم ما همچنین بیش از هر کس دیگری در دنیای غرب، الکترولیزرهای PEM را مستقر کرده‌ایم، و آنها از پلاتین و همچنین ایریدیوم استفاده می‌کنند. ما یک شرکت کاملاً متمرکز بر PEM هستیم، و هنگامی که به کاربردهایی فکر می‌کنید که در آنها به راه‌اندازی سریع، توانایی کار در محیط‌های سرد و قابلیت تغییر فوری سطح توان نیاز دارید، PEM واقعاً پاسخگو است. همیشه بحث‌های زیادی در مورد میزان استفاده از پلاتین و ایریدیوم وجود دارد. باور کنید یا نه، روزی فرا خواهد رسید که دیگر سوخت‌های فسیلی وجود نخواهند داشت، و جهان از ایریدیوم و پلاتین در پیل‌های سوختی و الکترولیزرها استفاده خواهد کرد.

در ایالات متحده، حدود 250 ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن توسط شرکت پلاگ احداث شده است که انرژی بیش از 80,000 دستگاه لیفتراک را تامین می‌کنند. تخمین زده می‌شود که حدود 150 سایت (از جمله والمارت و آمازون) به صورت شبانه‌روزی از فناوری PEM شرکت پلاگ استفاده می‌کنند. انگیزه اصلی این شرکت‌ها، تسریع فرایند جابجایی کالا و افزایش بهره‌وری است؛ چرا که با استفاده از فناوری پلاگ، ظرفیت جابجایی پالت‌ها تا 8 الی 10 درصد در ساعت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، ما از شبکه برق نیز انرژی دریافت می‌کنیم که این موضوع امروزه بسیار حائز اهمیت است؛ چرا که بسیاری از فروشندگان بزرگ، محصولاتی نظیر مواد غذایی سردخانه‌ای را عرضه می‌کنند و این برق می‌تواند به آن‌ها در افزایش ظرفیت تبرید کمک کند. بنابراین، یک ارزش پیشنهادی واقعی در این میان وجود دارد که فراتر از پایداری رفته و به اصل صرفه‌جویی در هزینه‌ها بازمی‌گردد؛ و این دقیقاً همان چیزی است که شرکت پلاگ ارائه می‌دهد و دلیل اصلی استقبال مشتریان از محصولات ما می‌باشد. شایان ذکر است که ما تعداد زیادی الکترولیزر PEM نیز در دست بهره‌برداری داریم که قطعاً در ادامه بحث به آن‌ها خواهیم پرداخت.

ما پروژه‌های گسترده‌ای، به‌ویژه در حوزه الکترولیزرها در اروپا داریم. برای مثال، ما در حال راه‌اندازی یک سایت الکترولیزر 100 مگاواتی با همکاری شرکتGalp  (بزرگترین پالایشگر پرتغال) هستیم. همچنین، یک قرارداد مهم با شرکت Iberdrola در اسپانیا در دست اجرا داریم. به نظر می‌رسد که ما بیش از هر شرکت دیگری در اروپا، الکترولیزرهای PEM را مستقر کرده‌ایم و این بازار بسیار جذاب است. با نگاهی کلی‌تر، برخی از بازارهای پیل‌های سوختی و هیدروژن با چالش‌هایی مواجه بوده‌اند. اما در حال حاضر، تمرکز اصلی بر کاربردهایی است که امکان جایگزینی هیدروژن سبز با روش‌های موجود را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، شرکت Galp در فرایند پالایش، حجم زیادی هیدروژن خاکستری مصرف می‌کند. حال، با جایگزینی بخشی از آن با هیدروژن سبز، این شرکت قادر خواهد بود به دلیل معافیت‌های مالیاتی ناشی از کاهش انتشار کربن، در هزینه‌های خود صرفه‌جویی کند. بنابراین، فرصت مناسبی برای کمک به شرکت‌های فعال در صنعت نفت و گاز جهت کاهش هزینه‌ها از طریق جایگزینی ریفرمرهای گاز طبیعی با الکترولیزرها وجود دارد. در مقایسه با حوزه حمل‌ونقل جاده‌ای (که نیازمند تغییر زیرساخت‌های زنجیره تامین، ارائه خدمات پشتیبانی و تامین مالی است)، این روش از مزایای بیشتری برخوردار است. در حال حاضر، جایگزینی آمونیاک در صنایع کودسازی به عنوان یکی از مهم‌ترین فرصت‌های پیش رو تلقی می‌شود. همچنین، کشورهایی نظیر استرالیا به دنبال صادرات آمونیاک سبز به ژاپن و کره جنوبی جهت کاهش ردپای کربنی خود هستند. ما در حال حاضر بر روی پروژه‌های الکترولیزر به ظرفیت 8 گیگاوات کار می‌کنیم که حجم قابل توجهی آمونیاک و متانول را شامل می‌شود. این فرصت‌ها صرفاً جنبه نظری ندارند، بلکه در حال حاضر قراردادها در حال نهایی شدن و پروژه‌ها در حال اجرا هستند. پلاگ در حال حاضر به صورت فعال در این حوزه فعالیت دارد.

استرالیا از طریق صادرات مواد معدنی به سایر نقاط آسیا و جهان، اقتصاد خود را می‌چرخاند. در حال حاضر، استرالیایی‌ها در پی یافتن راهکارهایی برای صادرات انرژی خورشیدی و بادی خود به سایر نقاط جهان هستند. بهینه‌ترین روش برای این منظور، تولید هیدروژن، آمونیاک سبز و متانول سبز است. ما در حال حاضر پروژه‌های بسیار جذابی را در دست اجرا داریم. یکی از این پروژه‌ها، احداث یک واحد تولید آمونیاک سبز با ظرفیت بیش از دو گیگاوات الکترولیزر است تا بتوانیم ارزش افزوده بیشتری را در زنجیره تامین آمونیاک ایجاد کنیم. دولت استرالیا مصمم به ادامه صادرات است و در این راستا، بهترین منبعی که در اختیار دارد، انرژی خورشید است. تبدیل این انرژی به آمونیاک سبز، متانول سبز یا هیدروژن سبز، بهترین راه برای صادرات آن به کشورهایی نظیر کره و ژاپن است و شرکت پلاگ در قلب این تحولات قرار دارد.

ما فعالیت‌هایی هرچند محدود در آفریقا داریم و به نظر من این یک فرصت فوق‌العاده است، به ویژه با توجه به موقعیت شما در آفریقای جنوبی. در گذشته، ما یک ایستگاه سوخت‌گیری بزرگ برای شرکت Anglo American در آفریقای جنوبی احداث کردیم، زمانی که آنها به دنبال استفاده از پیل‌های سوختی در صنعت معدن بودند. چالش اصلی در آفریقا، نحوه تامین مالی این پروژه‌ها است. ما احتمالاً دو یا سه پروژه در آفریقا در دست بررسی داریم، اما مهم‌ترین عامل، تمایل سرمایه‌گذاران به حمایت از این پروژه‌ها است. ما به ویژه پروژه‌های مرتبط با الکترولیزرها را با دقت دنبال می‌کنیم. البته، دولت‌ها نیز می‌توانند در این زمینه نقش موثری ایفا کنند. این صنعت بسیار جذاب است و کشورهایی مانند آفریقای جنوبی باید به آن توجه ویژه‌ای داشته باشند. یکی از دستاوردهایی که به آن افتخار می‌کنیم، این است که حدود 1500 نفر از پرسنل خط مقدم شرکت Plug Power در حال کسب تجربه عملی در زمینه فناوری‌های نوین، کار بر روی پیل‌های سوختی و الکترولیزرها هستند که این امر به ارتقای مهارت‌های آنها کمک می‌کند. من علاقه‌مند به گسترش فعالیت‌های خود در آفریقا هستم و امیدوارم دولت‌ها از این فعالیت‌ها حمایت کرده و رویکردی کارآفرینانه در پیش گیرند. می‌دانم که در بسیاری از کشورهای آفریقایی، کمک‌های بین‌المللی ضروری است، اما به نظر من، این یک راه عالی برای توسعه قاره آفریقا است. من از صنعت مخابرات می‌آیم. در دوران جوانی، در آزمایشگاه‌های Bell کار می‌کردم و این فرصت را داشتم که در اوایل دهه 80 میلادی، در بازار بی‌سیم فعالیت کنم، زمانی که هنوز مفهوم بی‌سیم برای بسیاری از افراد ناشناخته بود. اما کشورهایی مانند آفریقا، هند و چین، هرگز زیرساخت‌های تلفن ثابت را توسعه ندادند و مستقیماً به سراغ جدیدترین فناوری‌ها رفتند. من پیشنهاد می‌کنم که آفریقا نیز در زمینه توسعه شبکه انرژی خود، از صنایع سوخت فسیلی سنتی عبور کرده و به سمت انرژی‌های خورشیدی، بادی، هیدروژن و پیل‌های سوختی حرکت کند. امیدوارم این رویکرد به رشد و توسعه این قاره کمک کرده و فرصت‌های مناسبی را برای شرکت‌هایی نظیر Plug فراهم آورد.

پی نوشت

Proton Exchange Membrane (PEM)

غشای تبادل پروتون (PEM)، که با نام غشای الکترولیت پلیمری نیز شناخته می‌شود، یک جزء کلیدی است که در انواع خاصی از پیل‌های سوختی، به ویژه پیل‌های سوختی PEM، استفاده می‌شود. این غشاها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پروتون‌ها (یون‌های هیدروژن) را هدایت کنند در حالی که به عنوان یک مانع برای گازهایی مانند هیدروژن و اکسیژن عمل می‌کنند.

غشاهای PEM از یک ماده پلیمری ویژه ساخته شده‌اند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به طور موثر پروتون‌ها را هدایت کنند در حالی که استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی را حفظ می‌کنند. عملکرد آن‌ها در محیطی با رطوبت و دمای کنترل‌شده بهینه است.

کاربردهای غشاهای تبادل پروتون (PEM):

پیل‌های سوختی (Fuel Cells): در پیل‌های سوختی PEM، غشاهای تبادل پروتون، واکنش الکتروشیمیایی تولید برق را از طریق تسهیل انتقال پروتون‌ها بین آند و کاتد امکان‌پذیر می‌سازند.

الکترولیزرها (Electrolyzers): در تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب کاربرد دارند.

سیستم‌های ذخیره انرژی (Energy Storage Systems): فناوری‌های نوظهور نیز از PEMها برای راهکارهای انرژی سبز استفاده می‌کنند.

فلزات گروه پلاتین (PGMs) نقش بسزایی در عملکرد فناوری‌های غشای تبادل پروتون (PEM) به ویژه در پیل‌های سوختی و الکترولیزگرها ایفا می‌نمایند. کاربرد آن‌ها به شرح زیر است:

کاتالیزورها در پیل‌های سوختی :PEM فلزات گروه پلاتین (PGMs) از جمله پلاتین و ایریدیوم به عنوان کاتالیزور در پیل‌های سوختی PEM جهت تسهیل واکنش‌های الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پلاتین عموماً در کاتد برای واکنش کاهش اکسیژن و ایریدیوم در آند برای واکنش اکسیداسیون هیدروژن به کار می‌روند.

بازدهی و دوام: فلزات مذکور به علت دارا بودن خواص کاتالیزوری ممتاز، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت عملکرد بهینه در شرایط مورد نیاز فناوری‌های PEM انتخاب می‌گردند.

چالش‌ها و نوآوری‌ها: نظر به هزینه بالا و محدودیت در دسترسی به فلزات گروه پلاتین(PGMs)، تحقیقات در راستای کاهش مصرف یا جایگزینی آن‌ها با مواد جایگزین در حال انجام است. به عنوان مثال، کاتالیزورهای مبتنی بر PGMs با بارگذاری پایین و کاتالیزورهای فاقد PGMs به منظور مقرون به صرفه‌تر نمودن فناوری‌های PEM در حال توسعه می‌باشند.

 

Hydrogen Energy Earthshot

"Hydrogen Energy Earthshot"، که با نام "Hydrogen Shot" نیز شناخته می‌شود، طرحی بلندپروازانه از سوی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) است. هدف این طرح، کاهش هزینه تولید هیدروژن پاک به یک دلار در هر کیلوگرم در بازه زمانی یک دهه است. این کاهش هزینه، به منظور توسعه چشمگیر کاربرد هیدروژن پاک در صنایع گوناگون از جمله حمل و نقل، ذخیره‌سازی انرژی و تولید، صورت می‌گیرد.

هیدروژن پاک با انتشار اندک یا بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای تولید می‌شود و از این رو، نقش کلیدی در دستیابی به اقتصاد با تراز کربنی صفر تا سال ۲۰۵۰ ایفا می‌کند. این ابتکار، بخشی از برنامه جامع‌تر "Energy Earthshots" است که بر تسریع پیشرفت‌های اساسی در فناوری‌های انرژی پاک تمرکز دارد.