Oxido solidoen elektrolisiaren bidezko hidrogeno ekoizpenaren aurrerapena eta analisi ekonomikoa
Oxido solidozko elektrolizatzaileak (SOE) tenperatura altuko ur-lurruna (600 ~ 900 °C) erabiltzen du elektrolisirako, eta hori eraginkorragoa da elektrolizatzaile alkalinoa eta PEM elektrolizatzailea baino. 1960ko hamarkadan, Estatu Batuek eta Alemaniak tenperatura altuko ur-lurruneko SOEri buruzko ikerketak egiten hasi ziren. SOE elektrolizatzailearen funtzionamendu-printzipioa 4. irudian ageri da. Birziklatutako hidrogenoa eta ur-lurruna erreakzio-sistemara sartzen dira anodotik. Ur-lurruna hidrogeno bihurtzen da elektrolizatuta katodoan. Katodoak sortutako O2-a elektrolito solidotik igarotzen da anodoraino, eta han birkonbinatzen da oxigenoa sortzeko eta elektroiak askatzeko.
Mintz elektrolitiko alkalino eta protoi-trukearen zelula ez bezala, SOE elektrodoak ur-lurrunaren kontaktuarekin erreakzionatzen du eta elektrodoaren eta ur-lurrunaren kontaktuaren arteko interfazearen azalera maximizatzeko erronkari aurre egin behar dio. Hori dela eta, SOE elektrodoak, oro har, egitura porotsua du. Ur-lurrunaren elektrolisiaren helburua ur likidoaren elektrolisi konbentzionalaren energia-intentsitatea murriztea eta funtzionamendu-kostua murriztea da. Izan ere, uraren deskonposizio-erreakzioko energia-behar osoa tenperatura handitzen den heinean apur bat handitzen den arren, energia elektrikoaren beharra nabarmen gutxitzen da. Elektrolitikoaren tenperatura handitzen den heinean, behar den energiaren zati bat bero gisa ematen da. SOE gai da hidrogenoa sortzeko tenperatura altuko bero-iturri baten aurrean. Tenperatura altuko gasez hoztutako erreaktore nuklearrak 950 °C-ra berotu daitezkeenez, energia nuklearra erabil daiteke SOErako energia-iturri gisa. Aldi berean, ikerketak erakusten du energia berriztagarriek, hala nola energia geotermikoak, ere lurrun-elektrolisiaren bero-iturri gisa potentziala dutela. Tenperatura altuan funtzionatzeak bateriaren tentsioa murriztu eta erreakzio-abiadura handitu dezake, baina materialaren egonkortasun termikoaren eta zigilatzearen erronkari ere aurre egin behar dio. Gainera, katodoak sortutako gasa hidrogeno nahasketa bat da, eta gehiago bereizi eta purifikatu behar da, eta horrek kostua handitzen du ur likidoaren elektrolisi konbentzionalarekin alderatuta. Protoi-eroale diren zeramikak erabiltzeak, hala nola estrontzio zirkonatoa, SOEren kostua murrizten du. Estrontzio zirkonatoak protoi-eroankortasun bikaina erakusten du 700 °C inguruan, eta katodoak hidrogeno purua ekoizteko aukera ematen du, lurrun-elektrolisi gailua sinplifikatuz.
Yan et al.-ek [6] jakinarazi zuten kaltzio oxidoz egonkortutako zirkoniazko zeramikazko hodia erabili zela euskarri-egitura gisa SOE gisa, kanpoko gainazala lantano perovskita porotsu mehe batekin (0,25 mm baino gutxiago) estali zela anodo gisa, eta Ni/Y2O3 kaltzio oxido zermet egonkorrarekin katodo gisa. 1000 °C-tan, 0,4 A/cm2 eta 39,3 W-ko sarrera-potentziarekin, unitatearen hidrogenoa ekoizteko gaitasuna 17,6 NL/h da. SOEren desabantaila zelulen arteko interkonexioetan ohikoak diren ohm-galera handien ondoriozko gaintentsioa eta lurrun-difusio garraioaren mugengatik sortutako gaintentsio-kontzentrazio handia da. Azken urteotan, zelula elektrolitiko planarek arreta handia erakarri dute [7-8]. Zelula tubularrek ez bezala, zelula lauek fabrikazioa trinkoagoa egiten dute eta hidrogenoa ekoizteko eraginkortasuna hobetzen dute [6]. Gaur egun, SOEren aplikazio industrialaren oztopo nagusia zelula elektrolitikoaren epe luzeko egonkortasuna da [8], eta elektrodoen zahartzearen eta desaktibazio-arazoak sor daitezke.
Argitaratze data: 2023ko otsailaren 6a