고체 산화 전해저 (SOEC) 기술 원리

수소 생산을위한 전해수 분야에는 현재 알칼리 (ALK), 양성자 교환 막 (PEM), 음이온 교환 막 (AEM) 및 고체 산화물 전해저 (SOEC)와 같은 4 개의 주류 기술 경로가 있습니다.

그중에서도 VET Energy의 SOEC 물 전기 분해 수소 생산 기술의 가장 큰 장점은 저전력 소비입니다. 알칼리 탱크 및 PEM과 비교하여 거의 30%의 전기를 절약합니다. 또한 고온 및 고압 증기 적용 시나리오에도 적합합니다.

SOEC는 가역적으로 작동하고 전기 에너지와 화학 에너지 사이의 효율적인 순환 전환을 달성하며 장기 및 대용량 에너지 저장을 제공 할 수 있습니다. 연료 전지 모드 작동에서 전기는 연료를 산화시켜 생산합니다. SOEC 모드에서 전기는 H2, Syngas 등을 생산합니다. Green H2 외에도 직접 전문 및 상업용 화학 물질을 생산합니다. 예를 들어, 고온 SOEC는 H2O 및 O2의 공동 전자 분해를 통해 Syngas를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 그런 다음 Syngas는 상이한 H2 : CO 비율과의 후속 촉매 반응을 통해 다양한 화학 물질로 전환 될 수있다. SOEC는 또한 CO2를 CO 및 O2로 분해 할 수 있습니다. 공기와 증기를 전기 계수로 공급하는 SOEC 암모니아 생산은 개발 중이며 현재 수율은 매우 낮습니다. 그러나 암모니아는 해양 응용 분야의 SOFC 모드에서 연료로 사용될 수 있습니다. 이는 또한 개발 중입니다. 이러한 다양성은 SOEC가 다른 전기 분해 작업 모드보다 우수합니다.

고체 산화물 연료 전지 (SOFC)의 전기 화학적 반응 및 고체 산화물 전해 세포 (SOEC).

SOEC H2 생산 시스템의 전형적인 흐름도가 그림에 나와 있습니다. 이 시스템은 전기와 물을 사용하여 H2를 생산하도록 설계되었습니다. 시스템의 주요 구성 요소에는 SOEC 스택 및 밸런싱 유닛 (BOP)이 포함됩니다.

BOP에는 워터 펌프, 열교환 기, 증기 발전기 등이 포함됩니다. 물은 일련의 열교환기로 가열되어 SOEC 출구 공기 흐름에서 열을 회수합니다. 예열 된 물은 증기 발생기에 도입되어 증기를 생성 한 다음 전기 히터로 들어가 증기를 과열합니다.

전력 요구 사항을 최소화하고 SOEC 시스템 효율을 높이려면 H2 및 산소 스트림을 종료하여 여러 열교환 기에서 증기가 가열됩니다. 외부 증기를 사용할 수있는 경우 그림에 표시된 체계를 추가로 최적화 할 수 있습니다.

SOEC 전기 분해 수 공장 전형적인 솔루션

전해저에서, 증기는 650 ℃ 내지 1,000 ° C의 온도에서 캐소드에서 분해되어 H2 분자 및 산소 이온을 형성한다 (물 감소 반응). 산소 이온은 음극에서 양극으로 이동하여 전자를 외부 회로로 방출하고 산소 진화 반응을 통해 산소가됩니다. 고온 열은 산화물 이온 이동을 활성화시키고 두 전극 모두에서 전기 화학 반응을 촉진하여 전체 효율을 향상시킵니다.

음극 반응 : H2 전극-전해질 계면에서 증기는 H2 및 산소 이온으로 분해됩니다 (식 1) :

2 H2O + 4 E- → 2 H2 + 2 O2- (1)

양극 반응 : 산소 이온이 세라믹 전해질을 통과하고, 전해질-산소 전극 계면에서 끌어와 산소를 생성합니다 (식 2) :

2 O2- → O2 + 4 E (2)

그런 다음 산소는 양극을 따라 흐르고 H2는 일부 증기 혼합물과 함께 전해질의 다른쪽에있는 H2 전극을 따라 흐릅니다. 전기 혈압의 하류에서, H2- 풍부한 생성물 스트림은 입구 스트림과의 열 교환 후 냉각 된 다음 분리기를 통과하여 H2를 응축 된 물 스트림으로부터 분리시킨다.

SOEC 전해저

SOEC는 고체 이온 전도성 세라믹을 전해질로 사용하며 상당히 높은 온도에서 작동 할 수 있습니다. 잠재적 인 이점에는 높은 전기 효율, 낮은 재료 비용 및 수증기 (H2O) 및 연료 전지의 공동 전자 분해 모드에서 수증기 (H2O) 및 CO2로부터 Syngas [일산화탄소 (CO) 및 H2]를 생산하는 옵션이 포함됩니다.

과거의 일반적인 문제는 높은 작동 온도가 심각한 재료 분해로 이어질 수 있다는 것입니다. 그러나 VET Energy는 기존 구성 요소 재료를 안정화시키고 새로운 재료를 개발하며 작동 온도를 500 ° C – 700 ° C (650 ° C – 1,000 ° C)로 낮추어이 문제를 해결 하고이 기술을 상용화했습니다.

VET 에너지의 제품 SOEC는 특히 고온 폐 열을 사용할 때 매우 효율적으로 작동합니다. 물의 전기 화학 전환은 H2 생산 형태로 열과 전기를 저장할 수있게한다. SOEC에 의해 생성 된 녹색 H2는 합성 천연 가스, 메탄올, 녹색 암모니아 등으로 추가로 가공 될 수 있으며 광범위한 발열 화학 합성 열과 통합되어 효율이 훨씬 높아집니다. 열 통합은 원자로, 석탄 화력 발전소, 바이오 매스 및 국내 폐기물 소각로와 같은 에너지 원과 함께 사용될 수 있습니다.