Bərk oksidlərin elektrolizi ilə hidrogen istehsalının irəliləyişi və iqtisadi təhlili

Bərk oksidlərin elektrolizi ilə hidrogen istehsalının irəliləyişi və iqtisadi təhlili

Bərk oksid elektrolizatoru (BOKE) elektroliz üçün yüksək temperaturlu su buxarından (600 ~ 900°C) istifadə edir ki, bu da qələvi elektrolizator və PEM elektrolizatorundan daha səmərəlidir. 1960-cı illərdə ABŞ və Almaniya yüksək temperaturlu su buxarı BOKE üzərində tədqiqatlar aparmağa başladılar. BOKE elektrolizatorunun iş prinsipi Şəkil 4-də göstərilmişdir. Təkrar emal olunmuş hidrogen və su buxarı anoddan reaksiya sisteminə daxil olur. Su buxarı katodda hidrogenə elektroliz olunur. Katodun istehsal etdiyi O2 bərk elektrolitdən keçərək anoda keçir və orada oksigen əmələ gətirmək və elektronları buraxmaq üçün yenidən birləşir.

Qələvi və proton mübadiləsi membran elektrolitik hüceyrələrindən fərqli olaraq, SOE elektrodu su buxarı ilə təmasda reaksiya verir və elektrodla su buxarı təması arasındakı sərhəd sahəsini maksimum dərəcədə artırmaq problemi ilə üzləşir. Buna görə də, SOE elektrodu ümumiyyətlə məsaməli bir quruluşa malikdir. Su buxarı elektrolizinin məqsədi enerji intensivliyini azaltmaq və ənənəvi maye su elektrolizinin istismar xərclərini azaltmaqdır. Əslində, suyun parçalanma reaksiyasının ümumi enerji tələbatı temperatur artdıqca bir qədər artsa da, elektrik enerjisi tələbatı əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Elektrolitik temperatur artdıqca tələb olunan enerjinin bir hissəsi istilik kimi təmin edilir. SOE yüksək temperaturlu istilik mənbəyinin iştirakı ilə hidrogen istehsal etməyə qadirdir. Yüksək temperaturlu qazla soyudulan nüvə reaktorları 950°C-yə qədər qızdırıla bildiyindən, nüvə enerjisi SOE üçün enerji mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Eyni zamanda, tədqiqatlar göstərir ki, geotermal enerji kimi bərpa olunan enerji də buxar elektrolizinin istilik mənbəyi kimi potensiala malikdir. Yüksək temperaturda işləmək batareya gərginliyini azalda və reaksiya sürətini artıra bilər, lakin eyni zamanda materialın istilik sabitliyi və möhürlənməsi problemi ilə üzləşir. Bundan əlavə, katod tərəfindən istehsal olunan qaz, daha da ayrılmalı və təmizlənməli olan bir hidrogen qarışığıdır və bu da ənənəvi maye su elektrolizi ilə müqayisədə dəyəri artırır. Stronsium sirkonat kimi proton keçirici keramikadan istifadə SOE-nin qiymətini azaldır. Stronsium sirkonat təxminən 700°C-də əla proton keçiriciliyi göstərir və katodun yüksək təmizlikli hidrogen istehsal etməsinə kömək edir və buxar elektroliz cihazını sadələşdirir.

Yan və digərləri [6] kalsium oksidi ilə stabilləşdirilmiş sirkonium keramika borusunun dayaq strukturunun SOE kimi istifadə edildiyini, xarici səthinin anod kimi nazik (0,25 mm-dən az) məsaməli lantan perovskit və katod kimi Ni/Y2O3 stabil kalsium oksidi kermet ilə örtüldüyünü bildirmişdir. 1000°C, 0,4A/sm2 və 39,3 Vt giriş gücündə qurğunun hidrogen istehsal gücü 17,6NL/saatdır. SOE-nin dezavantajı, elementlər arasındakı qarşılıqlı əlaqələrdə geniş yayılmış yüksək ohm itkilərindən qaynaqlanan həddindən artıq gərginlik və buxar diffuziyasının daşınmasının məhdudiyyətləri səbəbindən yüksək həddindən artıq gərginlik konsentrasiyasıdır. Son illərdə düz elektrolitik elementlər çox diqqət çəkmişdir [7-8]. Borulu elementlərdən fərqli olaraq, düz elementlər istehsalı daha kompakt edir və hidrogen istehsalının səmərəliliyini artırır [6]. Hazırda SOE-nin sənaye tətbiqinə əsas maneə elektrolitik elementin uzunmüddətli stabilliyidir [8] və elektrodların yaşlanması və deaktivasiyası problemləri yarana bilər.