FCH JU Stack design for a Megawatt scale PEM electrolyser.

Vannelektrolyse basert på polymere elektrolytter har oppnådd teknologisk modenhet og er nå tilgjengelig på markedet. For at slike elektrolysører skal kunne brukes for storskala produksjon av hydrogen ved hydrogenstasjoner eller for lagring av fornybar energi fra vindkraft eller sol må både størrelsen og prisen på disse elektrolysørene økes. Dette prosjeket har sammen med internasjonale ledende forskningsaktører utviklet kjernen til en ny generasjon PEM elektrolysører med som muliggjør kapasiteter på titalls MW installert kapasitet. Ellektrolysørene har også vesentlig lavere kostnad enn tidligere generasjoner. Den engelske industripartneren, ITM Power har ferdigstilt prototypen av en 1MW PEM elektrolyse-stack på 10 enkeltceller (omtrent 20kW) som rundt 1. Juni 2017 for første gang begynte å generere hydrogen. Prototypen har etter dette blitt testet ved ulike driftsforhold og med en rekke små endringer av komponenter og konstruksjonsprosesser. SINTEF har i prosjektet utviklet en modell for multifasestrømning av vann og gass i elektrolysøren. Modellen har også blitt verifisert gjennom målinger av dannelse og transport av gassbobler med høyhastighetskameraer og bruk av automatisk analyse av tusentalls bilder. Den utviklede modellen er basert på modeller utviklet for flerfasestrømning i olje og gassektoren og for gassdannelse i elektrolysecellene for aluminiiumsproduksjon og viser hvordan kunnskap fra tradisjonelle etablerte industrier kan overføres til nye sektorer. Modellen har blitt benyttet til å optimalisere designet av elektrolysøren ved å vurdere effekten av mindre designendringer og endrede driftsparametre. Et faktorielt parametrisk studie har blitt gjennomført for å kvantifisere effekten av ulike designendringer og driftsparametre (vannhastighet og strømtetthet, temperatur)

Water electrolysis based on PEM technology has demonstrated its applicability to produce hydrogen and oxygen in a clean and safe way on site and on demand. Systems have been demonstrated in a wide range of niche applications with capacities from << 1 Nl/h to 30 Nm^3/h. PEM electrolysers offer efficiency, safety and compactness benefits over alkaline electrolysers. However, these benefits have not been fully realised in distributed hydrogen generation principally due to high capital costs. In order for PEM electrolysers to fit with the need for large scale on-site production of hydrogen for hydrogen refuelling stations (HRS), renewable energy storage, grid balancing and "power to gas" the capacity of PEM electrolysers should be increased to at least 3-4 MW. The main goal of this project will be to develop a suitable stack design for PEM electrolysers in the MW range using large area cells and the necessary CCMs/MEAs, current collectors and seals for the large area cells