Electroliza la temperatură înaltă (de asemenea VTE, electroliza cu abur , Electroliza la temperatură înaltă, HTE ) este o tehnologie de producere a hidrogenului din apă la temperaturi ridicate [1] .
Electroliza la temperaturi ridicate este mai rentabilă decât electroliza tradițională la temperatura camerei, deoarece o parte din energie este furnizată sub formă de căldură, care este mai ieftină decât electricitatea, și pentru că reacția de electroliză este mai eficientă la temperaturi mai ridicate. De fapt, la o temperatură de 2500 °C, nu este necesară nicio intrare electrică, deoarece apa se descompune în hidrogen și oxigen ca urmare a termolizei . Cu toate acestea, astfel de temperaturi sunt impracticabile; sistemele WTE propuse funcționează la temperaturi de la 100 la 850 °C [2] [3] [4] .
Eficiența electrolizei la temperatură înaltă este evaluată cel mai bine presupunând că electricitatea utilizată provine de la un motor termic și apoi luând în considerare cantitatea de energie termică necesară pentru a produce 1 kg de hidrogen (141,86 MJ) în comparație cu energia utilizată în proces. La 100°C sunt necesare 350 MJ de energie termică (41% randament), la 850°C 225 MJ (64% randament).
Alegerea materialelor pentru electrozi și electrolit într -o celulă de oxid solid este foarte importantă . Într-una dintre variantele studiate ale procedeului [5] s -au folosit electroliți din oxid de zirconiu stabilizat cu oxid de ytriu , electrozi de abur/hidrogen nichel- cermet și electrozi din oxid mixt de lantan, stronțiu și cobalt și oxigen.
Chiar și cu WFE, electroliza este o modalitate destul de ineficientă de stocare a energiei. Pierderi semnificative de energie de conversie apar atât în timpul electrolizei, cât și în timpul conversiei hidrogenului rezultat înapoi în energie.
La prețurile actuale pentru hidrocarburi, WTE nu poate concura ca sursă de hidrogen cu piroliza hidrocarburilor.
WFE este de interes ca o modalitate neutră de carbon de a produce combustibil și de a stoca energie. Acest lucru poate fi benefic din punct de vedere economic dacă sursele ieftine de căldură nefosili (concentrație solară, nucleară, geotermală) pot fi utilizate împreună cu surse de energie electrică nefosili (cum ar fi solară, eoliană, oceanică, nucleară).
Toate sursele posibile de căldură ieftină la temperatură înaltă pentru WTE sunt nechimice, inclusiv reactoare nucleare , colectoare termice solare de concentrare și surse geotermale . WFE a fost demonstrat în laborator la 108 kJ (electric) per gram de hidrogen produs, dar nu la scară industrială. [6]
Cu o sursă de căldură ieftină la temperatură ridicată disponibilă, sunt posibile alte metode de producere a hidrogenului. În special, ciclul termochimic sulf-iod . Producția termochimică poate atinge o eficiență mai mare decât WFE, deoarece nu este necesar un motor termic. Cu toate acestea, producția termochimică la scară largă va necesita progrese semnificative în materialele care pot rezista la temperaturi ridicate, presiuni ridicate și medii foarte corozive.
Piața hidrogenului este mare (50 de milioane de tone pe an în 2004, în valoare de aproximativ 135 de miliarde de dolari pe an) și crește cu aproximativ 10% pe an (vezi economia hidrogenului ). Această piață este satisfăcută de piroliza hidrocarburilor pentru a produce hidrogen, ceea ce are ca rezultat emisii de CO2. Cei doi consumatori principali sunt rafinăriile și fabricile de îngrășăminte (fiecare consumă aproximativ jumătate din toată producția). Dacă vehiculele cu hidrogen se răspândesc, consumul lor va crește foarte mult cererea de hidrogen.
Electroliza la temperatură înaltă cu celule de electroliză cu oxid solid a fost utilizată pentru a produce 5,37 grame de oxigen pe oră pe Marte din dioxidul de carbon atmosferic pentru experimentul Mars Oxygen ISRU pe roverul NASA Mars 2020 Perseverance folosind zirconiu în dispozitivul de electroliză [7] [8 ] ] [9 ] .