PEM（陽子交換膜）水の電気分解水素製造技術には、高い動作電流密度、再生可能エネルギー変動への適応性、コンパクトな構造など、多くの利点があります。 これらの特性により、大規模工業化に適しています。 ただし、大規模開発を成功させるには、主要な技術的課題に対処するだけでなく、経済的側面も考慮することが重要です。
我が国の「水素エネルギー産業発展のための中長期計画（2021-2035）」は、再生可能エネルギー源からの水素製造変換効率を高め、単位あたりの水素製造量を拡大する必要性を強調しています。 さらに、水素エネルギーインフラに関連するコア技術のブレークスルーも不可欠です。
科学技術省の「第14次5カ年計画」「水素エネルギー技術」国家重点研究開発計画（2022年）には、PEM水電解水素製造に関連するいくつかのトピックが含まれている。 これらのテーマには、メガワット規模の固体高分子電解装置技術、水電解用高圧水素電解装置、固体高分子膜水電解による水素製造のキーシステム技術の研究開発が含まれます。
PEM 水電解水素製造システムの重要なコンポーネントである電解槽は、全体的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。 現在の製品開発の取り組みは主に水素の生産規模とコストに焦点を当てています。
現在、国内でPEM電解装置の生産能力を有するメーカーは数社のみであり、大規模なPEM水素製造システムを開発できるメーカーはさらに少ない。 その結果、いくつかの大規模な PEM 水電解水素製造プロジェクトでは、外国企業の設備が好まれています。
特に、一部の国内企業や研究機関は、水素製造規模200Nm3/hのPEM水素製造システムの開発を達成している。
しかし、国内のPEM電解水水素製造産業はまだ商業化の初期段階にある。 一般的なアルカリ水水素製造方法と比較して、PEM 水素製造が直面する主な課題はコストです。
ある業界リーダーは「将来的にはサプライチェーン全体がコスト削減に向けて協力する必要がある。競争力を得るには、PEM電解水の水素製造コストをアルカリ水水素の1.5-2倍に下げる必要がある」と述べた。グリーン水素からの製造。」
現在、水電解水素製造サプライチェーンの現地化は不十分です。 バイポーラプレート、触媒、プロトン交換膜、ガス拡散層などのコアコンポーネントは、コストの制約により課題が生じます。 国内のグリーン水素プロジェクトの多くはPEM電解水素製造技術を採用していますが、このルートを辿るプロジェクトの数は依然として限られています。
PEM 水電解水素製造サプライチェーン全体の中で、プロトン交換膜が最も大きな障害となります。
業界代表者によると、燃料電池とは異なり、水の電気分解に基づく水素生成に主に利用されるプロトン膜は、150-200 ミクロンの厚さの 115 および 117 均質膜です。 この厚さは燃料電池のプロトン膜に比べて比較的厚い (8-10 ミクロン) ため、膨潤率が高くなり、コーティング中に変形する可能性があります。 そのため、電解水膜コーティング装置には専用設計が必要となり、燃料電池膜電極をそのまま使用することはできません。
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