Tehnologie de producere a hidrogenului de înaltă eficiență - Celulă electrolitică cu oxid solid la temperatură înaltă

Celula de electroliză cu oxid solid la temperatură înaltă (SOEC) este un dispozitiv de conversie a energiei extrem de eficient, rapid și flexibil. Prin introducerea diferitelor materii prime, aceasta poate produce diverse produse, permițând dezvoltarea de sintetizatoare electrochimice multifuncționale. Poate fi conectată la surse de energie curate, cum ar fi generarea de energie eoliană și fotovoltaică. Cea mai comună aplicație a sa este electroliza aburului pentru a produce hidrogen. Comparativ cu tehnologiile obișnuite de electroliză a apei, cum ar fi alcalina (ALK) și... Membrană de schimb de protoni Prin electroliza PEM (PEM), SOEC oferă mai multe avantaje: eficiență mai mare (până la 85%), reversibilitate și capacitatea de a utiliza căldura reziduală de înaltă calitate din produsele generate. Celula de electroliză cu oxid solid (SOEC) transformă energia electrică și termică în energie chimică. În principiu, SOEC funcționează ca procesul invers al unei pile de combustie cu oxid solid (SOFC). După cum se arată în Figura 1, SOEC constă dintr-un strat dens de electrolit la mijloc, electrozi poroși pe ambele părți și canale de gaz în exteriorul electrozilor pentru furnizarea gazelor reactante și eliminarea gazelor de produs, permițând transportul și distribuția eficientă a gazelor. Atunci când o tensiune de curent continuu (DC) este aplicată electrozilor la temperaturi ridicate (600–900°C), moleculele de vapori de apă (H₂O) sunt divizate la catod în protoni (H⁺) și ioni de oxigen (O²⁻). Ionii de O²⁻ migrează prin stratul de electrolit cu oxid solid către anod, unde eliberează electroni (e⁻) și formează molecule de oxigen (O₂).

Electronii sunt conduși prin interconectare către catod, unde se combină cu H⁺ pentru a forma molecule de hidrogen (H₂). Producția de hidrogen prin electroliză cu oxid solid (SOEC), adică producția de hidrogen pe bază de celule de electroliză cu oxid solid, este un proces care utilizează conductivitatea ionică a membranelor electrolite cu oxid solid pentru a descompune apa în hidrogen și oxigen la temperaturi ridicate. Produsele pot fi aplicate pe scară largă în industrii precum oțelării, uzine chimice și industria aerospațială. SOEC poate fi, de asemenea, integrat termic cu o gamă largă de procese de sinteză chimică, permițând reciclarea dioxidului de carbon și a apei captate în gaz natural sintetic, benzină, metanol sau amoniac. Comparativ cu alte tehnologii de electroliză a apei, SOEC oferă numeroase avantaje, inclusiv eficiență ridicată, cost redus, capacitate de co-electroliză, reversibilitate și adecvare pentru diverse scenarii. Funcționând la temperaturi ridicate (600–900°C), SOEC beneficiază de o cinetică favorabilă, rezultând o eficiență ridicată a electrolizei. Temperatura ridicată de funcționare reduce consumul de energie electrică, eficiența generală a sistemului pentru producerea de hidrogen ajungând la aproximativ 85%. Aceasta este de aproximativ 1,5 ori mai mare decât eficiența sistemului electrolizei PEM și de două ori mai mare decât eficiența totală a... electroliza apei alcalineÎn ceea ce privește aplicațiile, condițiile de funcționare la temperatură ridicată ale SOEC îl fac extrem de compatibil cu scenarii care implică o cantitate semnificativă de căldură reziduală, cum ar fi uzinele chimice pe bază de cărbune, metalurgia oțelului, sinteza amoniacului și centralele nucleare. Integrarea căldurii reziduale în funcționarea SOEC poate suplimenta consumul de energie electrică, îmbunătățind eficiența electrică și reducând costurile operaționale. În plus, o caracteristică distinctivă a SOEC în comparație cu alte tehnologii este reversibilitatea sa - poate comuta flexibil între modul de electroliză (SOEC) și modul de pilă de combustie (SOFC).

SOEC poate produce fie hidrogen sau gaz de sinteză pentru stocarea energiei în modul de electroliză, fie poate converti energia chimică în electricitate în modul de pilă de combustie, creând un sistem sinergic pentru producerea, stocarea și generarea de energie a hidrogenului („electricitate-hidrogen-electricitate”). Acest lucru îi conferă un potențial semnificativ pentru stocarea energiei regenerabile și reducerea vârfurilor de energie din rețea, contribuind la utilizarea eficientă a energiei și la echilibrul acesteia. Per total, odată cu progresele tehnologice continue și maturizarea treptată a pieței, se așteaptă ca producția de hidrogen a SOEC să joace un rol vital în peisajul energetic viitor, contribuind la atingerea obiectivelor globale de neutralitate a carbonului.