Perbezaan Utama Antara Sistem Pengeluaran Hidrogen Beralkali dan PEM

Apabila dunia beralih ke arah tenaga bersih, hidrogen—terutamanya hidrogen hijau yang dihasilkan melalui elektrolisis air—telah muncul sebagai pembawa tenaga yang penting. Dua teknologi elektrolisis terkemuka mendominasi pasaran: sistem Alkali dan Proton Exchange Membrane (PEM). Walaupun kedua-duanya menghasilkan hidrogen dengan membelah air, mereka berbeza dengan ketara dalam reka bentuk, kecekapan, kos dan fleksibiliti operasi.

Mari kita pecahkan perbezaan utama mereka tanpa tersesat dalam jargon teknikal.

1. Mekanisme Tindak Balas Elektrolit & Teras

Sistem Beralkali

Gunakan elektrolit beralkali cecair (biasanya kalium hidroksida, KOH).

Ion hidroksida (OH⁻) membawa cas antara elektrod.

Memerlukan diafragma berliang untuk memisahkan gas hidrogen dan oksigen.

Sistem PEM

Bergantung pada membran polimer pepejal (biasanya Nafion) sebagai elektrolit.

Proton (H⁺) bergerak melalui membran, menjadikan tindak balas lebih cekap.

Tiada elektrolit cecair—hanya air ultra-tulen dan membran.

Mengapa ia penting:

Sistem PEM mengelakkan penyelesaian alkali yang menghakis, mengurangkan risiko penyelenggaraan.

Sistem alkali lebih tahan terhadap kekotoran air tetapi memerlukan penggantian elektrolit berkala.

2. Kecekapan & Keadaan Operasi

Sistem Beralkali

Kecekapan yang lebih rendah (60–70%) disebabkan oleh rintangan elektrik yang lebih tinggi dalam elektrolit cecair.

Beroperasi pada ketumpatan arus yang lebih rendah (0.2–0.4 A/cm²).

Memerlukan voltan sel yang lebih tinggi (1.8–2.4V).

Sistem PEM

Kecekapan yang lebih tinggi (70–80%) disebabkan oleh pengaliran proton yang lebih cepat dalam membran.

Beroperasi pada ketumpatan arus yang lebih tinggi (1–2 A/cm²).

Berjalan pada voltan rendah (1.6–2.0V), menjimatkan tenaga.

Mengapa ia penting:

Sistem PEM menghasilkan lebih banyak hidrogen setiap kWj, menjadikannya lebih baik untuk aplikasi tenaga boleh diperbaharui.

Sistem alkali kurang cekap tetapi lebih murah untuk dibina, mengimbangi kos jangka panjang.

3. Tindak Balas terhadap Kebolehubahan Tenaga Boleh Diperbaharui

Sistem Beralkali

Boleh melaraskan input kuasa antara 40–110% daripada kapasiti undian.

Tindak balas yang lebih perlahan kepada perubahan beban yang cepat (minit untuk menstabilkan).

Sistem PEM

Boleh naik/turun serta-merta (saat untuk melaraskan).

Lebih sesuai untuk tenaga boleh diperbaharui sekejap-sekejap (solar/angin) kerana operasi yang dinamik.

Mengapa ia penting:

PEM sesuai untuk projek hidrogen boleh diperbaharui hibrid di mana bekalan kuasa turun naik.

Sistem alkali adalah lebih baik untuk grid yang stabil atau aplikasi industri.

4. Kos & Kebolehskalaan

Sistem Beralkali

Kos pendahuluan yang lebih rendah (tiada pemangkin atau membran mahal).

Menggunakan elektrod berasaskan nikel, yang murah dan tahan lama.

Skala lebih mudah untuk loji industri besar (100+ MW).

Sistem PEM

Kos modal yang lebih tinggi disebabkan oleh pemangkin logam berharga (platinum, iridium).

Kemerosotan membran boleh meningkatkan kos penyelenggaraan jangka panjang.

Pada masa ini lebih baik untuk projek kecil hingga sederhana (1–50 MW).

Mengapa ia penting:

Alkali adalah pilihan untuk pengeluaran hidrogen yang besar dan kos rendah.

PEM diutamakan untuk sistem yang padat dan cekap tinggi di mana ruang dan responsif penting.

5. Keperluan Kesucian & Penyelenggaraan

Sistem Beralkali

Penggantian elektrolit berkala dan penyelenggaraan diafragma.

Sistem PEM

Menghasilkan hidrogen ketulenan lebih tinggi (tiada pencemaran elektrolit cecair).

Lebih sedikit bahagian yang bergerak, tetapi degradasi membran boleh menjadi kebimbangan.

Mengapa ia penting:

Hidrogen PEM selalunya sedia untuk digunakan untuk sel bahan api tanpa penulenan yang meluas.

Sistem alkali memerlukan langkah tambahan tetapi kekal boleh dipercayai untuk bekalan gas industri.

Mana Satu Harus Anda Pilih?

Untuk hidrogen berskala besar, kos rendah: Beralkali menang atas keterjangkauan dan kebolehskalaan.

Untuk penyepaduan tenaga boleh diperbaharui & tindak balas pantas: PEM ialah pilihan yang jelas.

Untuk hidrogen ketulenan tinggi dalam sel mobiliti/bahan api: PEM menghapuskan langkah penulenan tambahan.

Tinjauan Masa Depan

Penambahbaikan alkali: Diafragma & salutan elektrod lanjutan boleh meningkatkan kecekapan.

Pengurangan kos PEM: Penyelidikan memfokuskan pada menggantikan logam berharga dengan alternatif yang lebih murah.

Kedua-dua teknologi akan memainkan peranan penting dalam ekonomi hidrogen—Alkali untuk pengeluaran besar-besaran, PEM untuk fleksibiliti dan kecekapan.