Korkean lämpötilan elektrolyysi

Korkean lämpötilan elektrolyysi on menetelmä vedyn ja hapen tuottamiseksi vedestä korkeassa lämpötilassa elektrolyysillä.

Korkean lämpötilan elektrolyysi.

Korkean lämpötilan elektrolyysi on hyötysuhteeltaan parempi ja taloudellisesti edullisempi kuin tavanomainen matalan lämpötilan elektrolyysi. Lämpötilan kasvattaminen vähentää sähkötehon suhteellista osuutta elektrolyysissä, ja pelkästään veden kiehumispisteen ylittäminen madaltaa myös elektrolyysin kuluttamaa kokonaistehoa. Kaikissa korkean lämpötilan elektrolyyseissä lämpötila on yli 100 °C ja käyttökelpoisen lämpötila-alueen ylärajan asettavat pääasiassa materiaalitekniset haasteet.

Hyötysuhteen paraneminen lämpötilan noustessa selittyy sillä, että elektrolyysissä kuluva sähkö tuotetaan lämpövoimakoneissa, joiden hyötysuhde on matala. Elektrolyysin lämmön osuuden noustessa vastaavasti huonolla hyötysuhteella tuotetun sähkön osuus pienenee.[1] Toisaalta lämpöenergian käyttö korkean lämpötilan elektrolyysissä ei kärsi vajaasta hyötysuhteesta, sillä lämpöenergia on valmiiksi alimman tason energiaa. Elektrolyysin tuotteiden eli vedyn ja hapen lämpötila ja niiden sisältämä lämpö on välittömästi elektrolyysin jälkeen suuri, mutta se saadaan hyödynnettyä elektrolyysiin tulevan veden esilämmityksessä. Oleellista on saada elektrolyysin sähkönkulutuksen suhteellinen osuus pienemmäksi ja korkea lämpötila mahdollistaa sen.

Tavallisesti vetyä tuotetaan maakaasusta pyrolyysillä. Korkean lämpötilan elektrolyysistä voi tulla taloudellisesti kilpailukykyinen menetelmä vedyn valmistamiseksi, jos elektrolyysissä tarvittava energia saadaan tuotettua riittävän halvalla. Huokea hiilineutraali vety puolestaan tekisi hiilineutraaleista polttoaineista kuten synteettisestä metanolista kilpailukykyisiä.[2] Neljännen sukupolven ydinreaktoreilla oletetaan tuotettavan halpaa sähköä ja myös elektrolyysissä tarvittava korkea lämpötila.[3][4]

LähteetMuokkaa

ViitteetMuokkaa

  1. Vujičić et al., 2014. s. 836. Lainaus: "As per formula (4) and Figure 8 it can be concluded that an increase of operation temperature will decreases electrical energy demand but increases the thermal energy demand. As shown in Figure 8 the ratio of ΔG to ΔH changes from about 93 % at 100 °C to about 70 % at 1000 °C."
  2. Vujičić et al., 2014. s. 838. Lainaus: "Another advantage of methanol over hydrogen is that methanol has a twice energy density than liquefied hydrogen."
  3. Ragheb, 2014. s. 1. Lainaus: "In comparison, high temperature gas cooled reactors, steam cycle heat exchangers, and fast breeder reactor material limits are in the range of 1,000 °C."
  4. Ragheb, 2014. s. 4. Lainaus: "The thermo chemical production of hydrogen if fission reactors are used requires operation at high temperatures ranging from 750 to 1,000 degrees Celsius."