Kemajuan dan analisis ekonomi produksi hidrogen dengan elektrolisis oksida padat

Kemajuan dan analisis ekonomi produksi hidrogen dengan elektrolisis oksida padat

Pengelektrolisis oksida padat (SOE) menggunakan uap air bersuhu tinggi (600 ~ 900°C) untuk elektrolisis, yang lebih efisien daripada pengelektrolisis basa dan pengelektrolisis PEM.Pada tahun 1960-an, Amerika Serikat dan Jerman mulai melakukan penelitian terhadap BUMN uap air bersuhu tinggi.Prinsip kerja elektroliser BUMN ditunjukkan pada Gambar 4.Hidrogen daur ulang dan uap air memasuki sistem reaksi dari anoda. Uap air dielektrolisis menjadi hidrogen di katoda. O2 yang dihasilkan oleh katoda bergerak melalui elektrolit padat ke anoda, di mana ia bergabung kembali untuk membentuk oksigen dan melepaskan elektron.

Tidak seperti sel elektrolisis membran pertukaran basa dan proton, elektroda SOE bereaksi dengan kontak uap air dan menghadapi tantangan untuk memaksimalkan area antarmuka antara kontak elektroda dan uap air. Oleh karena itu, elektroda BUMN umumnya memiliki struktur berpori.Tujuan elektrolisis uap air adalah untuk mengurangi intensitas energi dan mengurangi biaya operasi elektrolisis air cair konvensional.Faktanya, meskipun kebutuhan energi total untuk reaksi dekomposisi air sedikit meningkat dengan meningkatnya suhu, kebutuhan energi listrik menurun secara signifikan.Ketika suhu elektrolit meningkat, sebagian dari energi yang dibutuhkan disuplai sebagai panas.BUMN mampu memproduksi hidrogen dengan adanya sumber panas bersuhu tinggi. Karena reaktor nuklir berpendingin gas suhu tinggi dapat dipanaskan hingga 950°C, energi nuklir dapat digunakan sebagai sumber energi untuk BUMN.Sementara itu, penelitian menunjukkan bahwa energi terbarukan seperti energi panas bumi juga berpotensi sebagai sumber panas elektrolisis uap.Beroperasi pada suhu tinggi dapat mengurangi tegangan baterai dan meningkatkan laju reaksi, tetapi juga menghadapi tantangan stabilitas dan penyegelan termal material.Selain itu, gas yang dihasilkan oleh katoda adalah campuran hidrogen, yang perlu dipisahkan dan dimurnikan lebih lanjut, meningkatkan biaya dibandingkan dengan elektrolisis air cair konvensional.Penggunaan keramik penghantar proton, seperti strontium zirconate, mengurangi biaya BUMN.Strontium zirkonat menunjukkan konduktivitas proton yang sangat baik pada sekitar 700°C, dan kondusif bagi katoda untuk menghasilkan hidrogen dengan kemurnian tinggi, menyederhanakan perangkat elektrolisis uap.

Yan dkk. [6] melaporkan bahwa tabung keramik zirkonia yang distabilkan oleh kalsium oksida digunakan sebagai SOE struktur pendukung, permukaan luarnya dilapisi dengan perovskit lantanum berpori tipis (kurang dari 0,25 mm) sebagai anoda, dan cermet kalsium oksida stabil Ni/Y2O3 sebagai katoda.Pada daya masukan 1000°C, 0,4A/cm2 dan 39,3W, kapasitas produksi hidrogen unit ini adalah 17,6NL/jam.Kerugian dari SOE adalah tegangan lebih yang dihasilkan dari kerugian ohm tinggi yang umum terjadi pada interkoneksi antar sel, dan konsentrasi tegangan lebih tinggi karena keterbatasan transportasi difusi uap.Dalam beberapa tahun terakhir, sel elektrolisis planar telah menarik banyak perhatian [7-8].Berbeda dengan sel tubular, sel pipih membuat manufaktur lebih kompak dan meningkatkan efisiensi produksi hidrogen [6].Saat ini, kendala utama penerapan industri BUMN adalah stabilitas jangka panjang dari sel elektrolitik [8], dan masalah penuaan dan penonaktifan elektroda dapat disebabkan.