隨著人們對(duì)全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)(PFAS)使用的擔(dān)憂日益增加，陰離子交換膜(AEM)電解槽對(duì)氫氣工業(yè)可能變得越來(lái)越重要。

加拿大AEM初創(chuàng)公司Cipher Neutron的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gurjant Randhawa表示，他預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，PFAS的使用將受到“全球限制”，這將給氫產(chǎn)業(yè)帶來(lái)供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)。

此前，氫技術(shù)公司對(duì)歐盟禁止包括PFAS在內(nèi)的約1萬(wàn)種物質(zhì)的計(jì)劃表示擔(dān)憂，PFAS對(duì)電解槽和其他技術(shù)中的各種元素至關(guān)重要。

然而，Cipher Neutron的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Randhawa認(rèn)為，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該公司的無(wú)PFAS電解槽技術(shù)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

陰離子交換膜(AEM)常用材質(zhì)有：聚苯乙烯-二甲基甲酰胺共聚物（PSDMA）、聚丙烯酸（PAA）、聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）、聚芳基奎寧聚合物（PAQ）等。

據(jù)全球氫能網(wǎng)（h2.china-nengyuan.com）相關(guān)報(bào)道，美國(guó)初創(chuàng)公司1s1 Energy，通過(guò)無(wú)硼PFAS電解槽組提供綠色氫氣生產(chǎn)。該技術(shù)專注于使用可再生能源來(lái)分解水，在不排放二氧化碳的情況下生產(chǎn)氫氣。由于高電流密度，它還提供了長(zhǎng)達(dá)九年的更長(zhǎng)電堆耐用性和更小的占地面積。該公司的電解槽無(wú)PFAS選項(xiàng)為能源行業(yè)提供了新的環(huán)保氫氣生產(chǎn)能力。該技術(shù)入選“燃料電池技術(shù)十大趨勢(shì)（2024）”。

據(jù)知名研究機(jī)構(gòu)IDTechEx的相關(guān)報(bào)告，通常，PEM的材料選擇是一種離子導(dǎo)電聚合物，稱為離聚體(Ionomers)。這些離聚體是全氟烷基物質(zhì)(PFAS)家族的一員，隨著替代材料的出現(xiàn)，人們對(duì)PFAS的擔(dān)憂越來(lái)越多。

盡管占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，但離聚體是一種含PFASs的材料，并且受到與PFASs有關(guān)的許多問(wèn)題的制約。由于氟-碳鍵的強(qiáng)度，全氟烷磺酸被認(rèn)為是“永久的化學(xué)物質(zhì)”，在人體中的積累會(huì)導(dǎo)致幾種健康風(fēng)險(xiǎn)，如肝損傷、腎癌和對(duì)疫苗的反應(yīng)降低。

PFASs在其制造階段、工業(yè)過(guò)程中的使用和報(bào)廢處理過(guò)程中可能被轉(zhuǎn)移到水循環(huán)中，導(dǎo)致不可避免地暴露于生物鏈中。生物積累發(fā)生在生物組織中，例如污染水中的魚，然后轉(zhuǎn)移到食物鏈的上游，包括人類。

PFAS化學(xué)品的制造和使用正受到越來(lái)越嚴(yán)格的監(jiān)管。歐盟委員會(huì)于2021年禁止在包括消防泡沫在內(nèi)的許多領(lǐng)域使用PFASs，意圖將其使用限制在具有關(guān)鍵社會(huì)重要性的應(yīng)用領(lǐng)域，而歐盟可能在2025年之前限制所有PFASs的使用。

2022年12月，美國(guó)環(huán)保署發(fā)布了國(guó)家污染物排放消除系統(tǒng)(NPDES)計(jì)劃的附加備忘錄，旨在加快減少PFAS排放到水道的努力。

在這些當(dāng)前和擬議的限制措施的支持下，許多公司正在采取行動(dòng)減少對(duì)PFASs的依賴。一個(gè)有趣的案例是美國(guó)3M公司。自1947年以來(lái)一直生產(chǎn)PFASs的3M公司于2022年12月宣布，到2025年將停止相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)并努力停止使用PFASs。

3M指出，監(jiān)管限制、消費(fèi)者“對(duì)替代品越來(lái)越感興趣”以及運(yùn)營(yíng)困難是退出PFAS市場(chǎng)的主要原因。

IDTechEx預(yù)計(jì)在未來(lái)三到五年內(nèi)，將開始從PFAS膜過(guò)渡到替代品(包括碳?xì)浠衔?。原型開發(fā)項(xiàng)目正在與各種原始設(shè)備制造商和新材料進(jìn)行合作，主要是在學(xué)術(shù)層面，如金屬有機(jī)框架(MOFs)，盡管這些材料仍處于早期階段，目前商業(yè)應(yīng)用很少。

Cipher Neutron的AEM電解槽