Green Hydrogen Production Using Proton-Exchange-Membrane Water Electrolysis
プロトン交換膜水電解によるグリーン水素製造 (AI 翻訳)
Jeeva Chacko
🤖 gxceed AI 要約
日本語
本論文はPEM水電解の動作原理と電気化学モデルを詳細に解説し、効率と水素生成速度のトレードオフを定量化。LCOH分析により、低コスト電力と高稼働率でのみ水素が競争力を持つことを示した。
English
This paper reviews PEM water electrolysis, develops an electrochemical model to quantify efficiency vs. production rate, and estimates levelized cost of hydrogen. It finds that hydrogen cost-competitiveness (~$2/kg) requires low-cost electricity at high capacity factor.
Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.
📝 gxceed 編集解説 — Why this matters
日本のGX文脈において
日本は「水素基本戦略」を掲げ、PEM電解の国産化・大規模化を推進中。本論文の効率・コスト分析は、国内の実証プロジェクトやNEDO支援の技術ロードマップに直接的な示唆を与える。
In the global GX context
Globally, green hydrogen is a cornerstone of industrial decarbonization. This paper's LCOH model provides a benchmark for comparing electrolysis technologies and underscores the need for cheap, firm renewable power—a key insight for IPPs and hydrogen project developers.
👥 読者別の含意
🔬研究者:The electrochemical model and LCOH breakdown offer a reproducible framework for optimizing PEM electrolyzer design and operation.
🏢実務担当者:The analysis clarifies cost targets ($2/kg) and operating conditions (current density, capacity factor) needed for commercial viability.
🏛政策担当者:The emphasis on low-cost electricity and high capacity factor highlights the importance of renewable power procurement and grid integration policies.
📄 抄録（日本語訳）
再生可能電力で駆動する水電解によるグリーン水素は、鉄鋼、アンモニア、精製、重量輸送など、直接電化が困難なセクターの脱炭素化に不可欠なエネルギーキャリアとして広く認識されている。電解技術の中でも、プロトン交換膜（PEM）水電解は、高い電流密度、コンパクトな設置面積、迅速な動的応答、高差圧での運転能力により、変動する再生可能エネルギーとの連携に特に適している。本論文は、PEM電解の動作原理をレビューし、セル電圧を可逆、活性化、オーミック、濃度の各成分に分解する電気化学モデルを開発して、エネルギー効率と水素生成速度の間のトレードオフを定量化する。このモデルを用いて、PEMをアルカリ電解および固体酸化物電解と比較し、電力価格と設備利用率の関数として水素の均等化コスト（LCOH）を推定する。2 A/cm²の電流密度において、モデル化されたPEMセルは約74パーセントの電圧効率で動作し、LCOH分析は、低コスト電力が高い設備利用率で利用可能な場合にのみ、水素が1キログラムあたり約2米ドルのコスト競争力目標に近づくことを示している。本研究は、効率、耐久性、電力コストをグリーン水素の拡大における主要なレバーとして特定する。
AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。
📄 Abstract（原文）
Green hydrogen produced by water electrolysis powered by renewable electricity is widely regarded as an indispensable energy carrier for decarbonizing sectors that resist direct electrification, including steel, ammonia, refining, and heavy transport. Among the electrolysis technologies, proton-exchange-membrane (PEM) water electrolysis is especially well suited to coupling with intermittent renewables owing to its high current density, compact footprint, rapid dynamic response, and ability to operate at high differential pressure. This paper reviews the operating principles of PEM electrolysis and develops an electrochemical model that resolves the cell voltage into its reversible, activation, ohmic, and concentration components to quantify the trade-off between energy efficiency and hydrogen-production rate. The model is used to compare PEM with alkaline and solid-oxide electrolysis and to estimate the levelized cost of hydrogen (LCOH) as a function of electricity price and capacity factor. At a current density of 2 A/cm-squared the modeled PEM cell operates at a voltage efficiency of about 74 percent, and the LCOH analysis shows that hydrogen approaches the cost-competitiveness target of roughly two US dollars per kilogram only when low-cost electricity is available at a high capacity factor. The study identifies efficiency, durability, and electricity cost as the principal levers for scaling green hydrogen.
🔗 Provenance — このレコードを発見したソース
- semanticscholar https://doi.org/10.63090/ijtrs/3139.1788.0015first seen 2026-06-12 05:53:25 · last seen 2026-08-11 05:02:16
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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。