Unlocking the Full Potential of Electrolysis with Next-Generation Proton Exchange Membrane Stacks (UNICORN)

Et viktig resultat av UNICORN-prosjektet vil være en trinnvis endring i utviklingen av proton ledende membraner vann elektrolyse (PEMWE) med potensial til å forstyrre det nåværende elektrolyse markedene som nå utelukkende er avhengig av perfluorerte membraner, platinabelagte titan bipolare plater, og høye mengder iridiumkatalysator. Disse materialene resulterer i store investeringskostnader og til slutt en høy kostbar kostnad for grønt hydrogen produksjon. Den unike designen til HYSTARs PEMWE elektrolyse systemer, kombinert med de reduserte kostnadene og økte bærekrafts aspektene til hydrokarbonmembraner, belagte bipolare stålplater og reduserte iridiumbelastninger vil gi økt effektivitet for hydrogenproduksjon til en betydelig redusert kostnad. Disse innovasjonene vil bidra direkte til økt bruk av grønne hydrogenteknologier, hjelpe Europa med å nå sine utslippsreduksjonsmål og styrke europeisk markedsposisjon på området grønt hydrogen. Demonstrasjonen av en 40 kW PEMWE stack plattform med avanserte komponenter som er i stand til å levere en enestående utjevnet kostnad for grønt hydrogen, representerer et enormt skritt i å akselerere den grønne omstillingen. Å tilby lavkost grønt hydrogen er nødvendig for å dekarbonisere industrielle produksjonssektorer som er avhengige av hydrogen som kjemisk råstoff, for eksempel stål og sement, samt tungtransportsektoren, for eksempel langdistansetransport og sjøtransport.

PEMWE is currently the most promising route towards green hydrogen production due to the "zero-gap" cell configuration, leading to higher operational current densities, and nearly instantaneous response to fluctuating power output, making it ideal for coupling with renewable energy sources. The major shortcoming of PEMWE, however, is that it requires the use of expensive components, made from critical raw materials (CRM), to overcome the harsh acidic operating environment, highly oxidative potentials at the anode, and stringent gas-crossover requirements. Today's commercial PEMWE systems all rely on noble metal catalysts and protective coatings, titanium-based bipolar plates, and perfluorinated sulfonic acid (PFSA)-based membranes. These materials lead to increased capital expenditure (CAPEX) costs and have been identified as either CRM (e.g., platinum group metals and titanium) or materials with sustainability/environmental concerns (e.g., PFSAs). Developing low cost, non-toxic, safe-by-design PEMWE stacks is therefore crucial to ensure the future of electrolysis remains affordable, circular, and sustainable. The UNICORN project seeks to combine innovative components, e.g., coated stainless steel BPPs and hydrocarbon membranes, with the unique electrolyser design from HYSTAR that allows for reduced iridium loadings and high current density operation to demonstrate a commercial-scale 40 kW PEMWE stack with increased performance, decreased capital expenditure, and improved sustainability aspects compared with current commercial standards. The integration of beyond state-of-the-art electrolyser components described above with Hystar's unique electrolyser configuration will elevate the proposed UNICORN electrolyser technology from TRL 4, all material technologies already validated at the lab-scale, to TRL 6, material technologies demonstrated in a PEMWE stack under relevant environment.