Progresi dhe analiza ekonomike e prodhimit të hidrogjenit me anë të elektrolizës së oksideve të ngurta

Progresi dhe analiza ekonomike e prodhimit të hidrogjenit me anë të elektrolizës së oksideve të ngurta

Elektrolizuesi i oksidit të ngurtë (SOE) përdor avuj uji me temperaturë të lartë (600 ~ 900°C) për elektrolizë, e cila është më efikase se elektrolizuesi alkalik dhe elektrolizuesi PEM. Në vitet 1960, Shtetet e Bashkuara dhe Gjermania filluan të kryenin kërkime mbi SOE me avuj uji me temperaturë të lartë. Parimi i funksionimit të elektrolizuesit SOE tregohet në Figurën 4. Hidrogjeni i ricikluar dhe avujt e ujit hyjnë në sistemin e reagimit nga anoda. Avulli i ujit elektrolizohet në hidrogjen në katodë. O2 i prodhuar nga katoda lëviz përmes elektrolitit të ngurtë në anodë, ku rikombinohet për të formuar oksigjen dhe për të çliruar elektrone.

Ndryshe nga qelizat elektrolitike alkaline dhe ato të membranës së shkëmbimit të protoneve, elektroda SOE reagon me kontaktin e avujve të ujit dhe përballet me sfidën e maksimizimit të sipërfaqes së ndërfaqes midis elektrodës dhe kontaktit të avujve të ujit. Prandaj, elektroda SOE në përgjithësi ka një strukturë poroze. Qëllimi i elektrolizës së avujve të ujit është të zvogëlojë intensitetin e energjisë dhe të zvogëlojë koston operative të elektrolizës konvencionale të ujit të lëngshëm. Në fakt, megjithëse kërkesa totale për energji e reaksionit të dekompozimit të ujit rritet pak me rritjen e temperaturës, kërkesa për energji elektrike zvogëlohet ndjeshëm. Ndërsa temperatura elektrolitike rritet, një pjesë e energjisë së kërkuar furnizohet si nxehtësi. SOE është e aftë të prodhojë hidrogjen në prani të një burimi nxehtësie me temperaturë të lartë. Meqenëse reaktorët bërthamorë të ftohur me gaz me temperaturë të lartë mund të nxehen në 950°C, energjia bërthamore mund të përdoret si burim energjie për SOE. Në të njëjtën kohë, hulumtimi tregon se energjia e rinovueshme si energjia gjeotermale gjithashtu ka potencialin si burim nxehtësie i elektrolizës me avull. Operimi në temperaturë të lartë mund të zvogëlojë tensionin e baterisë dhe të rrisë shkallën e reagimit, por gjithashtu përballet me sfidën e stabilitetit termik dhe vulosjes së materialit. Përveç kësaj, gazi i prodhuar nga katoda është një përzierje hidrogjeni, e cila duhet të ndahet dhe pastrohet më tej, duke rritur koston krahasuar me elektrolizën konvencionale të ujit të lëngshëm. Përdorimi i qeramikës përçuese të protoneve, siç është zirkonati i stronciumit, ul koston e SOE-së. Zirkoni i stronciumit tregon përçueshmëri të shkëlqyer të protoneve në rreth 700°C dhe është i favorshëm që katoda të prodhojë hidrogjen me pastërti të lartë, duke thjeshtuar pajisjen e elektrolizës me avull.

Yan et al. [6] raportuan se tubi qeramik i zirkonit i stabilizuar nga oksidi i kalciumit u përdor si SOE me strukturë mbështetëse, sipërfaqja e jashtme ishte e veshur me perovskit të hollë poroz të lantanit (më pak se 0.25 mm) si anodë, dhe cermet oksid kalciumi të qëndrueshëm Ni/Y2O3 si katodë. Në 1000°C, 0.4A/cm2 dhe fuqi hyrëse 39.3W, kapaciteti i prodhimit të hidrogjenit të njësisë është 17.6NL/h. Disavantazhi i SOE është mbitensioni që rezulton nga humbjet e larta ohm që janë të zakonshme në ndërlidhjet midis qelizave, dhe përqendrimi i lartë i mbitensionit për shkak të kufizimeve të transportit të difuzionit të avullit. Në vitet e fundit, qelizat elektrolitike planare kanë tërhequr shumë vëmendje [7-8]. Në ndryshim nga qelizat tubulare, qelizat e sheshta e bëjnë prodhimin më kompakt dhe përmirësojnë efikasitetin e prodhimit të hidrogjenit [6]. Aktualisht, pengesa kryesore për aplikimin industrial të SOE është stabiliteti afatgjatë i qelizës elektrolitike [8], dhe mund të shkaktohen problemet e plakjes dhe çaktivizimit të elektrodës.