Teknologi Pengeluaran Hidrogen Berkecekapan Tinggi - Sel Elektrolitik Oksida Pepejal suhu tinggi

Sel Elektrolisis Oksida Pepejal Suhu Tinggi (SOEC) ialah peranti penukaran tenaga yang sangat cekap, pantas dan fleksibel. Dengan memperkenalkan bahan suapan yang berbeza, ia boleh menghasilkan pelbagai produk, membolehkan pembangunan pensintesis elektrokimia pelbagai fungsi. Ia boleh disambungkan kepada sumber kuasa bersih, seperti penjanaan kuasa angin dan fotovoltaik. Aplikasi yang paling biasa ialah elektrolisis wap untuk menghasilkan hidrogen. Berbanding dengan teknologi elektrolisis air arus perdana seperti Alkali (ALK) dan Membran Pertukaran Proton (PEM), SOEC menawarkan beberapa kelebihan: kecekapan yang lebih tinggi (sehingga 85%), kebolehbalikan dan keupayaan untuk menggunakan haba sisa gred tinggi daripada produk yang dihasilkan. Sel Elektrolisis Oksida Pepejal (SOEC) menukar tenaga elektrik dan haba kepada tenaga kimia. Pada dasarnya, SOEC beroperasi sebagai proses terbalik bagi Sel Bahan Api Oksida Pepejal (SOFC). Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, SOEC terdiri daripada lapisan elektrolit padat di tengah, elektrod berliang pada kedua-dua belah, dan saluran gas di luar elektrod untuk membekalkan gas reaktan dan mengeluarkan gas produk, membolehkan pengangkutan dan pengedaran gas yang cekap. Apabila voltan arus terus (DC) dikenakan pada elektrod pada suhu tinggi (600–900°C), molekul wap air (H₂O) dipecahkan di katod kepada proton (H⁺) dan ion oksigen (O²⁻). Ion O²⁻ berhijrah melalui lapisan elektrolit oksida pepejal ke anod, di mana ia membebaskan elektron (e⁻) dan membentuk molekul oksigen (O₂).

Elektron dijalankan melalui interkoneksi ke katod, di mana ia bergabung dengan H⁺ untuk membentuk molekul hidrogen (H₂).Penghasilan hidrogen SOEC, iaitu, pengeluaran hidrogen berasaskan sel elektrolisis oksida pepejal, ialah proses yang menggunakan kekonduksian ionik membran elektrolit oksida pepejal untuk membelah air kepada hidrogen dan oksigen pada suhu tinggi. Produk ini boleh digunakan secara meluas dalam industri seperti loji keluli, loji kimia, dan aeroangkasa. SOEC juga boleh disepadukan secara terma dengan pelbagai proses sintesis kimia, membolehkan kitar semula karbon dioksida dan air yang ditangkap menjadi gas asli sintetik, petrol, metanol atau ammonia. Berbanding dengan teknologi elektrolisis air lain, SOEC menawarkan banyak kelebihan, termasuk kecekapan tinggi, kos rendah, keupayaan elektrolisis bersama, kebolehterbalikan dan kesesuaian untuk kepelbagaian. Beroperasi pada suhu tinggi (600–900°C), SOEC mendapat manfaat daripada kinetik yang menggalakkan, menghasilkan kecekapan elektrolisis yang tinggi. Suhu operasi yang dinaikkan mengurangkan penggunaan tenaga elektrik, dengan kecekapan sistem keseluruhan untuk pengeluaran hidrogen mencapai kira-kira 85%. Ini adalah kira-kira 1.5 kali ganda kecekapan sistem elektrolisis PEM dan dua kali ganda jumlah kecekapan elektrolisis air alkali.Dari segi aplikasi, keadaan operasi suhu tinggi SOEC menjadikannya sangat serasi dengan senario yang melibatkan haba buangan yang ketara, seperti loji kimia arang batu, metalurgi keluli, sintesis ammonia dan loji kuasa nuklear. Mengintegrasikan haba buangan ke dalam operasi SOEC boleh menambah penggunaan tenaga elektrik, meningkatkan kecekapan elektrik dan mengurangkan kos operasi. Tambahan pula, ciri tersendiri SOEC berbanding dengan teknologi lain ialah kebolehbalikannya—ia boleh bertukar secara fleksibel antara mod elektrolisis (SOEC) dan mod sel bahan api (SOFC).

SOEC sama ada boleh menghasilkan hidrogen atau syngas untuk simpanan tenaga dalam mod elektrolisis atau menukar tenaga kimia kepada elektrik dalam mod sel bahan api, mewujudkan sistem sinergistik untuk pengeluaran hidrogen, penyimpanan dan penjanaan kuasa ("electricity-hydrogen-electricity"). Ini memberikan potensi yang besar untuk penyimpanan tenaga boleh diperbaharui dan pencukuran puncak grid, menyumbang kepada penggunaan dan keseimbangan tenaga yang berkesan. Secara keseluruhan, dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan kematangan pasaran secara beransur-ansur, pengeluaran hidrogen SOEC dijangka memainkan peranan penting dalam landskap tenaga masa depan, menyumbang kepada pencapaian matlamat neutraliti karbon global.