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固体氧化物电解池高温制氢
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2021/3/30 9:29:29 阅读:65次 【字体:
 
固体氧化物电解池高温制氢


基于固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)的高温(600~1000℃)电解制氢技术具有显著优势:(1)在高温状态下电解过程中的电能消耗降低20~30%,电解效率可以达到90~100%;(2)可以利用价格相对低廉的金属氧化物来取代贵金属作为电极材料,降低制氢设备成本;(3)高温电解制氢技术适合与核能耦合,有效利用核能反应堆廉价的高温工艺热和电能来进行大规模清洁化制氢。

自2010年, 上海应物所开展了高温电解制氢研究工作,并提出了基于钍基熔盐堆系统的多能融合新能源体系,大力推动基于核能、风能、太阳能等清洁能源的高效制氢技术研发。已经建成了系统完备的氢能技术研发平台,开发了材料、电池、电堆和系统集成技术,掌握了关键设备和电堆模组耦合等核心技术,并建立了20kW制氢-加氢一体化装置,正在开展百千瓦级以及MW级制氢装置。

肖国萍  正研级高级工程师,中国科学院上海应用物理研究所 氢能技术部副主任。2006年获哈尔滨工程大学化学工程与工艺专业学士学位,2012年取得华东理工大学化学工程专业博士学位。现任上海应用物理研究所氢能技术部副主任,核能制氢技术负责人,入选中科院青年创新促进会及所青年科技之星。目前开展基于SOEC的高温电解水蒸气制氢技术及应用,完成了实验室验证及中试验证,发展完备的高温电解水蒸气制氢技术的工艺包、安全评估方法及专有控制系统;正在开展200kW级制氢系统的建设及2MW风电制氢的示范。

高温蒸汽电解技术能够实现大规模绿色制

EPFL的工程师们正在参加一个名为PROMETEO的欧盟研究项目,该项目旨在利用可再生资源大规模生产氢气,以降低工业碳排放。  
无论是作为燃料还是作为存储介质,氢都是一种非常清洁的能源。然而,由于它们仍然主要依赖石油、天然气和煤炭等化石燃料,因此制造过程并不清洁。今年早些时候启动的欧盟项目:PROMETEO,工程师们将致力于开发一种新的系统,仅使用可再生能源大规模生产清洁氢。这将有助于降低许多主要制造业的碳排放。  
他们的想法是建立一个原型,利用电解从水中提取氢。但新系统将使用蒸汽和固体氧化物电解(SOE)技术,而不是像通常那样使用液态水,这种技术需要超过700°C的温度。运行原型机所需的热量和电力将完全来自太阳能。  
该原型机预计每天生产15公斤氢气。为了解决太阳能因阳光变化而产生的间歇性,工程师们将试验一种创新策略来管理能量转换的各个阶段(电解、发电和保持电解器处于“热备用”模式)。他们的策略包括:在太阳能(或风能,在电解阶段)不可用的情况下,最大限度地减少电网电量,增加可再生电力的占比。“通过使用蒸汽电解来提供氢气,我们的系统将比目前电解水所需的电力少三分之一。这已经是一项巨大的节约,因为电力是电解工厂运营成本中最昂贵的部分,”Van Herle说,他的团队专门从事固体氧化物电解(SOE)研究。“但固体氧化物技术的真正优势是它也是可逆的,这意味着它可以根据需要产生电力,然后输入电网。我们的转换器将总是朝着一个或另一个方向运行,克服了间歇性的问题,并最有效地利用太阳能和热能。相比之下,传统的液态水电解器却要闲置很长时间。”  
PROMETEO将由意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局(ENEA)协调,ENEA将领导包括EPFL在内的9个欧洲组织组成的跨学科联盟。  
这个大胆的3.5年项目已经从欧盟委员会获得了250万欧元的资金。该计划旨在帮助实现欧盟2030年和2050年的气候目标,特别是通过推动使用大量氢的行业采用可再生能源,如石化、冶金、氨和甲醇合成以及氢燃料电池行业。  
PROMETEO的工程师也将研究在工业规模上复制这项技术的潜力。开发该技术的SOLIDpower公司已经展示了一种每天可以生产50公斤氢气的系统,目前正在努力将其规模进一步扩大。  
ENEA正在与意大利的Bruno Kessler基金会、西班牙的IMDEA能源公司和瑞士的EPFL合作制作原型。SOLIDpower,一家意大利-瑞士企业,将提供固体氧化物电解槽和温度调节系统。其他参与PROMETEO的机构包括意大利的Maire Tecnimont Group、意大利的NextChem、荷兰的stamiccarbon、意大利的Snam和西班牙的Capital Energy。
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