HYSTACK – Low cost, high efficiency PEM electrolyser stack

Den nylig publiserte EU-strategien for hydrogen identifiserer fornybart, grønt hydrogen som en nøkkelprioritet for å oppnå "the European Green Dea", og EU har satt et mål om å installere minst 6 GW med elektrolyse innen 2024 og minst 40 GW innen 2030. Hydrogen Council har publisert et veikart for hydrogen der markedene frem mot 2050 er beskrevet. I dette veikartet er etterspørselen etter hydrogen anslått å være 560 millioner tonn. Dette tilsvarer en total elektrolysekapasitet på opptil 4000 GW, som gir et mulig årlig elektrolysemarked i Europa på 15 til 30 milliarder kroner. Den største fordelen med HYSTACK elektrolyserteknologien er at den muliggjør mer enn 150% økning i strømtetthet / hydrogenproduksjon sammenlignet med andre elektrolysører. Dette kan resultere i opptil 60% reduksjon i kapitalkostnadene til elektrolysepakken, som er den viktigste kostnadsdriveren for en vannelektrolysør. Alternativt kan HYSTACK drives med samme produksjonskapasitet, men med minst 10% lavere energiforbruk. HYSTACK er en fleksibel elektrolyseteknologi optimalisert for enten lave CAPEX eller OPEX, og tilbyr billige hydrogenproduksjonstjenester for store applikasjoner. Innovasjonen er et patentert konsept, basert på et tiår med forskning og utvikling i SINTEF I prosjektet har Hystar utviklet en ferdig design av en PEM elektrolysestack som er optimalisert for automatisert masseproduksjon. Stacken har en kapasitet på 750 kW og kan produsere opptil 15 kg hydrogen pr time. Stacken er ferdig kvalifisert og funksjonstester har blitt utført i Hystar sine egne laboratorier. Planlagt leveranse av de første kommersielle enhetene er i løpet av siste halvdel av 2023.

The HYSTACK project has enabled Hystar to develop a world leading PEM stack platform for production of green hydrogen which will be used in all of Hystars upcoming electrolyser projects. This market is rapidly expanding and Hystar foresees sales of several 100 MW of this unit from 2025 and onwards. The project has made it possible for Hystar to build significant additional competence within several scientific and engineering fields for stack design and manufacture as well as increasing the competence at the collaborating R&D providers. The increased performance of the Hystar PEM electrolyser stack reduces the energy consumption of the water electrolysis process from around 55 kWh/kg to 50 kWh/kg which in turn will reduce the cost of production of hydrogen as well as reducing the need for renewable power.

The HYSTACK project goal is to develop next generation PEM electrolyser for large scale hydrogen production. The innovation of this PEM electrolyser lies in the combination of using five times thinner PFSA membranes than membranes used in state-of-the-art PEM electrolysers and changing from the conventional water feed to only using humidified air on the anode. This enables more than 150% increase in the current density/hydrogen production rate compared to other electrolysers using the same energy input and resulting in up to 60% reduction in the capital costs of the electrolyser stack Due to the use of a much thinner polymer membranes, it is not possible to use conventional electrolyser stack components and design platforms. Today's PEM electrolyser stacks use components and materials with very rough surfaces and component thickness tolerances not suitable to be used in the HYSTACK concept. Therefore, a significant R&D effort must be carried out to develop an optimal design and to investigate suitable materials and components for this stack. To realise the HYSTACK innovation, it is imperative to address the following research: 1) Research and development of bipolar plates (BPP) flow field design, 2) Characterisation of catalyst coated membranes (CCMs) and understanding of degradation mechanisms and 3) Development of porous transport layers (PTLs) and understanding their transport properties.