A magas hőmérsékletű elektrolízis (más néven VTE, gőzelektrolízis , Magas hőmérsékletű elektrolízis, HTE ) egy olyan technológia, amellyel vízből magas hőmérsékleten hidrogént állítanak elő [1] .
A magas hőmérsékletű elektrolízis költséghatékonyabb, mint a hagyományos szobahőmérsékletű elektrolízis , mivel az energia egy részét hőként szolgáltatják, ami olcsóbb, mint az elektromosság, és mert az elektrolízis reakciója magasabb hőmérsékleten hatékonyabb. Valójában 2500 °C hőmérsékleten nincs szükség elektromos bemenetre, mert a víz a termolízis eredményeként hidrogénre és oxigénre bomlik . Az ilyen hőmérsékletek azonban nem praktikusak; a javasolt WTE rendszerek 100 és 850 °C közötti hőmérsékleten működnek [2] [3] [4] .
A magas hőmérsékletű elektrolízis hatékonyságát úgy lehet legjobban felmérni, ha feltételezzük, hogy a felhasznált villamos energia hőmotorból származik , majd figyelembe veszik az 1 kg hidrogén (141,86 MJ) előállításához szükséges hőenergia mennyiségét az eljárás során felhasznált energiához képest. 100°C-on 350 MJ hőenergia szükséges (41%-os hatásfok), 850°C-on 225 MJ (64%-os hatásfok).
A szilárd oxidcellákban az elektródák és elektrolitok anyagának megválasztása nagyon fontos . Az eljárás egyik vizsgált változatában [5] ittrium - oxiddal stabilizált cirkónium-oxid elektrolitokat , nikkel- cermet gőz/hidrogén elektródákat, valamint lantán, stroncium, kobalt és oxigén vegyes oxidjából származó elektródákat használtak.
Az elektrolízis még a WFE esetében is meglehetősen nem hatékony módja az energiatárolásnak. Jelentős átalakítási energiaveszteség lép fel mind az elektrolízis, mind a keletkező hidrogén energiává történő visszaalakulása során.
A szénhidrogének jelenlegi árai mellett a WTE hidrogénforrásként nem tud versenyezni a szénhidrogének pirolízisével .
A WFE az üzemanyag-előállítás és az energiatárolás szén-dioxid-semleges módjaként érdekes. Ez gazdaságilag előnyös lehet, ha olcsó, nem fosszilis tüzelőanyagú hőforrásokat (tömény napenergia, nukleáris, geotermikus) nem fosszilis tüzelőanyagú villamosenergia-forrásokkal (például nap-, szél-, óceán-, atomenergiával) együtt lehet használni.
Minden lehetséges olcsó, magas hőmérsékletű hőforrás a WTE számára nem vegyi eredetű, beleértve az atomreaktorokat , a koncentráló napkollektorokat és a geotermikus forrásokat. A WFE-t laboratóriumban 108 kJ (elektromos) értékben mutatták ki az előállított hidrogén grammonként, de nem ipari méretekben. [6]
A rendelkezésre álló olcsó, magas hőmérsékletű hőforrással más hidrogéntermelési módok is lehetségesek. Különösen a termokémiai kén-jód körfolyamat . A termokémiai gyártás nagyobb hatásfokot érhet el, mint a WFE, mivel nincs szükség hőmotorra. A nagy léptékű termokémiai gyártás azonban jelentős előrelépést igényel a magas hőmérsékletnek, nagy nyomásnak és erősen korrozív környezetnek ellenálló anyagok terén.
A hidrogénpiac nagy (2004-ben évi 50 millió tonna, évi 135 milliárd dollár értékben), és évente körülbelül 10%-kal növekszik (lásd a hidrogéngazdaságot ). Ez a piac elégedett a szénhidrogének pirolízisével hidrogén előállítására, ami CO2-kibocsátást eredményez. A két fő fogyasztó a finomítók és a műtrágyaüzemek (mindegyik a teljes termelés mintegy felét fogyasztja el). Ha a hidrogénüzemű járművek elterjednek, fogyasztásuk nagymértékben megnöveli a hidrogén iránti keresletet.
Magas hőmérsékletű elektrolízissel szilárd oxid elektrolizáló cellákkal óránként 5,37 gramm oxigént állítottak elő a Marson légköri szén-dioxidból a NASA Mars 2020 Perseverance rover Mars Oxygen ISRU kísérletéhez cirkóniával az elektrolizáló készülékben [7] [8 ] ] [9] .