Hidrogenoaren ekoizpenaren aurrerapena eta analisi ekonomikoa oxido solidoen elektrolisiaren bidez

Hidrogenoaren ekoizpenaren aurrerapena eta analisi ekonomikoa oxido solidoen elektrolisiaren bidez

Oxido solidoaren elektrolizagailuak (SOE) tenperatura altuko ur-lurruna (600 ~ 900 °C) erabiltzen du elektrolisirako, elektrolizatzaile alkalinoa eta PEM elektrolizatzailea baino eraginkorragoa dena. 1960ko hamarkadan, Estatu Batuak eta Alemaniak tenperatura altuko ur-lurruneko SOEri buruzko ikerketak egiten hasi ziren. SOE elektrolizagailuaren funtzionamendu-printzipioa 4. Irudian ageri da. Hidrogeno birziklatua eta ur-lurruna anodotik sartzen dira erreakzio-sisteman. Ur lurruna elektrolizatzen da hidrogeno bihurtzen da katodoan. Katodoak ekoizten duen O2 elektrolito solidoan zehar mugitzen da anodoraino, eta han birkonbinatzen da oxigenoa sortzeko eta elektroiak askatzeko.

Alkalino eta protoi-trukerako mintz-zelula elektrolitikoek ez bezala, SOE elektrodoak ur-lurrunaren kontaktuarekin erreakzionatzen du eta elektrodoaren eta ur-lurrunaren kontaktuaren arteko interfaze-eremua maximizatzeko erronkari aurre egiten dio. Hori dela eta, SOE elektrodoak orokorrean egitura porotsua du. Ur-lurrunaren elektrolisiaren helburua energia-intentsitatea murriztea eta ohiko ur likidoaren elektrolisiaren funtzionamendu kostua murriztea da. Izan ere, ura deskonposatzeko erreakzioaren guztizko energia-eskakizuna apur bat handitzen den tenperatura handituz gero, energia elektriko-eskakizuna nabarmen gutxitzen da. Tenperatura elektrolitikoa handitzen den heinean, behar den energiaren zati bat bero gisa ematen da. SOE tenperatura altuko bero-iturri baten aurrean hidrogenoa ekoizteko gai da. Tenperatura altuko gas-hoztutako erreaktore nuklearrak 950 °C-ra berotu daitezkeenez, energia nuklearra energia iturri gisa erabil daiteke SOErako. Aldi berean, ikerketak erakusten du energia berriztagarriak, hala nola energia geotermikoak, lurrun elektrolisiaren bero-iturri gisa ere potentziala duela. Tenperatura altuan funtzionatzeak bateriaren tentsioa murriztu dezake eta erreakzio-tasa handitu dezake, baina materialaren egonkortasun termikoaren eta zigilatzeko erronkari ere aurre egiten dio. Gainera, katodoak ekoizten duen gasa hidrogeno nahasketa bat da, gehiago bereizi eta araztu behar dena, kostua handituz ur likidoaren ohiko elektrolisiarekin alderatuta. Protoi-eroaleen zeramika erabiltzeak, estronzio zirkonatoa adibidez, SOEren kostua murrizten du. Estrontzio zirkonatoak protoi-eroankortasun bikaina erakusten du 700 °C ingurura, eta katodoak garbitasun handiko hidrogenoa ekoizteko lagungarria da, lurrun-elektrolisi gailua erraztuz.

Yan et al. [6] jakinarazi zuen kaltzio oxidoaren bidez egonkortutako zirkonia zeramikazko hodi euskarri-egituraren SOE gisa erabili zela, kanpoko gainazala lantanozko perovskita mehearekin (0,25 mm baino gutxiago) estalita zegoen anodo gisa eta Ni/Y2O3 kaltzio oxidoaren cermet egonkorra katodo gisa. 1000 °C, 0,4A/cm2 eta 39,3W sarrerako potentzian, unitatearen hidrogenoa ekoizteko ahalmena 17,6NL/h da. SOEren desabantaila zelulen arteko interkonexioetan ohikoak diren ohm-galera handien ondoriozko gaintentsioa eta lurrun-difusio-garraioaren mugen ondorioz gaintentsio-kontzentrazio handia da. Azken urteotan, zelula elektrolitiko planarrek arreta handia erakarri dute [7-8]. Zelula tubularren aldean, zelula lauek fabrikazioa trinkoagoa egiten dute eta hidrogenoa ekoizteko eraginkortasuna hobetzen dute [6]. Gaur egun, SOEren aplikazio industrialaren oztopo nagusia zelula elektrolitikoaren epe luzerako egonkortasuna da [8], eta elektrodoen zahartzearen eta desaktibatzeko arazoak sor daitezke.