New Energies, new possibilities

　アルカリ水電解（AWE）やプロトン交換膜（PEM）に比べて、開発メーカーが極端に少なかったのがアニオン交換膜（AEM）形水電解装置である。ただし、技術的にはAWEとPEMのいいとこ取りとも言われ、優れた点が多い。特に、触媒に高価なレアメタルが不要で、コストをPEMに比べて大幅に下げられる可能性がある。

　課題は耐久性の確保で、セルスタックはまだPEMの数分の1程度の時間しか使えないもようだ。この点についてこれまで唯一、製品化していたドイツEnapterの戦略は、電気自動車（EV）を刷新した米Tesla（テスラ）のそれに似ている。つまり、非常に小さなモジュールを多数使い、制御していくことだ（図1）。

図1　Enapterは超小型モジュール戦略を採用

世界で初めてAEM形水電解装置を製品化したEnapterのシステム拡大戦略。最小構成では、セルスタックと補器を寸法が482mm×635mm×266mmと、机に載るほど小型の筐体に収めた（a）。規模拡大時は、セルスタックの数を増やす一方、補器を共通化する（b）。セルスタック420個から成るシステムも開発中だ（c）（出所：（a）は日経クロステック、（b）、（c）はEnapter）

[画像のクリックで拡大表示]

　具体的には、MW級の大型装置でも、出力が0.5Nm3/時と手で持てるほど超小型のセルスタックを多数使う設計にした。こうすると、セルスタックが1つ壊れても制御で全体には影響が出ないようにでき、交換も容易になる。Enapter製品の輸入代理店の1つで機械系商社兼システムインテグレーターの三國機械工業 環境プロジェクト本部 プラント営業部長の三田逸郎氏は、「数を量産することが、コスト低減への早道という考えもEnapterにはあるようだ」という。

　三田氏によれば、あまり知られていないAEMの特長として、カソード側に漏れてくる水がPEMに比べて大幅に少ない点を挙げる（図2）。PEMでは水が漏れるのを防ぐ仕組みがないのに対し、AEMでは隔膜を透過してきた水がカソードで即座に分解されるからのようだ。

図2　AEMは乾燥器が小さくてよい

AEM形水電解の特長の1つは、水がカソード側に漏れにくい点。PEMでは水はプロトンの単なる運び役で、カソードから多くが漏れ出てしまう。一方、AEMでは、カソードに到達した水は即座に還元され、水素の形で発生すると同時に、OH－はアノードに向かう。結果、漏れてくる水は少ない。これで、水の大型タンクや大型の乾燥器（ドライヤー）が不要になり、システム全体のコストやランニングコストが低減する（出所：日経クロステック）

[画像のクリックで拡大表示]

部材では激しいシェア競争も

　最近は、Enapterに続く装置メーカーや部材メーカーも複数登場してきた。例えば、カナダCipher Neutronは2023年8月以降、AEM形の製品を幾つかのグリーン水素プロジェクトに納入し始めた。ただし、現時点では装置の規模は10kWと小型だ。特長は、PFASフリーであることだとする。

　また、第2部で紹介した、工場の規模が計画では15GWと現時点で世界最大の米EvolOHもAEMを採用した。

　AEM向け隔膜またはMEAでは、実はトクヤマやドイツFumatechが以前から製品を出荷している。最近はこれに、米Dioxide MaterialsやドイツEvonik Industriesも参戦。さらに、上述のようにパナソニックも、NiFe-LDHをアノードに用いたMEAで参戦する（図3）。近い将来、競争が急速に激しくなりそうだ。

（a）アノードにNiFe-LDHを用いたAEM用MEA

[画像のクリックで拡大表示]

図3　パナソニックはAEMにも参戦

パナソニックのAEM膜（a）。AWEと同様、アノードの触媒にNiFe-LDH（Layered Double Hydroxides）を利用。隔膜にはAgfa-Gevaertの競合品を用いた。従来のIrO2触媒に比べて低い過電圧を実現できるという（b）（出所：（a）はパナソニック、（b）は同社の資料に日経クロステックが加筆して作成）

[画像のクリックで拡大表示]

 

 

後発の水電解技術AEMにも参戦続々、耐久性克服なら主役級 | 日経クロステック（xTECH） (nikkei.com)

 

後発の水電解技術AEMにも参戦続々、耐久性克服なら主役級

　アルカリ水電解（AWE）やプロトン交換膜（PEM）に比べて、開発メーカーが極端に少なかったのがアニオン交換膜（AEM）形水電解装置である。ただし、技術的にはAWEとPEMのいいとこ取りとも

xtech.nikkei.com

 

Enapter has received the first order for its AEM Multicore electrolyser, a containerised system for megawatt-class green hydrogen production.

Berlin (2 November 2021); Enapter (WKN A255G0) has received the first order for its AEM Multicore electrolyser, a containerised system for megawatt-class green hydrogen production. Based on its modular and patented AEM technology, already in use in more than 40 countries, the AEM Multicore provides low-cost, flexible and reliable electrolysis from intermittent renewables. The large-scale system was ordered by the German Steinbeis Innovation Center siz energie+ through one of Enapter’s sales and integration partners, H2 Core Systems. It is scheduled for delivery to the northern German city of Braunschweig in June 2023.

Enapter’s AEM Multicore system will operate at the Braunschweig Research Airport, a leading competence centre for mobility in Europe. It will enable a wide variety of tests, with the green hydrogen it produces being used, among other things, to supply fuel cell test benches. One of the buildings on site will use the waste heat arising from production. 

“Supplying buildings directly with locally-generated energy, while also achieving cross-sectoral coupling between electricity, heat and mobility is one of the central challenges of the transformation we are finding ourselves in. With our projects in Braunschweig, we are researching exactly this – and the AEM Multicore will play a key role since it fits our needs ideally with its straightforward, megawatt-scale green hydrogen production and integrated energy management,” says David Sauss, one of the leaders of siz energie+. 

The AEM Multicore represents a cost-effective alternative to traditional megawatt-class electrolysers, combining 420 core modules – “AEM Stacks” – into a complete system that can produce ~450 kilograms of hydrogen per day. Enapter thus has a clear goal: to rapidly reduce costs by scaling many small units into a large megawatt-scale green hydrogen plant. 

“It was in April of this year that we introduced the AEM Multicore and today we already have the first order. This explicitly underpins our strategy to occupy the market segment of megawatt systems by means of freely scalable and standardised systems,” said Enapter’s CEO Sebastian-Justus Schmidt. 

Braunschweig-based siz energie+, a member of the Steinbeis network, offers services in the field of energy and quality management, as well as conceptual design of supply systems. The integration will be carried out by one of Enapter’s sales and integration partners, H2 Core Systems GmbH, through which the AEM Multicore order was placed.  

About Enapter 

Enapter is an award-winning energy technology company producing highly efficient hydrogen generators to replace fossil fuels. Its patented and proven Anion Exchange Membrane (AEM) technology allows for the mass production of low-cost, plug-&-play electrolysers for green hydrogen at any scale. The modular systems are used in 40 countries in sectors like energy, mobility, industry, heating and telecommunications. Enapter has offices in Italy, Germany, Thailand and Russia.