Ecuria dhe analiza ekonomike e prodhimit të hidrogjenit me elektrolizë të oksideve të ngurta

Ecuria dhe analiza ekonomike e prodhimit të hidrogjenit me elektrolizë të oksideve të ngurta

Elektrolizatori i oksidit të ngurtë (SOE) përdor avujt e ujit me temperaturë të lartë (600 ~ 900°C) për elektrolizë, i cili është më efikas se elektrolizuesi alkalin dhe elektrolizuesi PEM. Në vitet 1960, Shtetet e Bashkuara dhe Gjermania filluan të kryejnë kërkime mbi SOE të avullit të ujit me temperaturë të lartë. Parimi i punës së elektrolizuesit SOE është paraqitur në figurën 4. Hidrogjeni i ricikluar dhe avujt e ujit hyjnë në sistemin e reaksionit 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 lëshuar elektrone.

Ndryshe nga qelizat elektrolitike të membranës alkaline dhe protonike të shkëmbimit, elektroda SOE reagon me kontaktin e avullit të ujit dhe përballet me sfidën e maksimizimit të zonës së ndërfaqes midis kontaktit të elektrodës dhe avullit të ujit. Prandaj, elektroda SOE në përgjithësi ka një strukturë poroze. Qëllimi i elektrolizës së avullit të ujit është të zvogëlojë intensitetin e energjisë dhe të zvogëlojë koston e funksionimit 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. Me rritjen e temperaturës elektrolitike, një pjesë e energjisë së kërkuar furnizohet si nxehtësi. NSH-ja është në gjendje 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 deri në 950°C, energjia bërthamore mund të përdoret si burim energjie për NSH-në. Në të njëjtën kohë, hulumtimi tregon se energjia e rinovueshme, siç është energjia gjeotermale, ka gjithashtu potencial si burim nxehtësie të elektrolizës së avullit. Funksionimi 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 në krahasim me elektrolizën konvencionale të ujit të lëngshëm. Përdorimi i qeramikës që përcjell proton, si zirkonati i stronciumit, zvogëlon koston e NSH-ve. Zirkonati i stroncit tregon përçueshmëri të shkëlqyer të protonit 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] raportoi se tubi qeramik i zirkonisë i stabilizuar nga oksidi i kalciumit u përdor si SOE i strukturës mbështetëse, sipërfaqja e jashtme ishte e veshur me perovskit të hollë lantanumi poroz (më pak se 0.25 mm) si anode dhe qermeta e qëndrueshme e oksidit të kalciumit 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 NSH-së është mbitensioni që rezulton nga humbjet e larta të Ohm-it që janë të zakonshme në ndërlidhjet ndërmjet qelizave, dhe përqendrimi i lartë i mbitensionit për shkak të kufizimeve të transportit të difuzionit të avullit. 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 NSH-së është qëndrueshmëria afatgjatë e qelizës elektrolitike [8] dhe mund të shkaktohen problemet e plakjes dhe çaktivizimit të elektrodës.