Vysokoteplotní elektrolýza (též VTE, parní elektrolýza , Vysokoteplotní elektrolýza, HTE ) je technologie výroby vodíku z vody za vysokých teplot [1] .
Vysokoteplotní elektrolýza je nákladově efektivnější než tradiční elektrolýza při pokojové teplotě , protože část energie je dodávána jako teplo, které je levnější než elektřina, a protože elektrolýza je účinnější při vyšších teplotách. Ve skutečnosti při teplotě 2500 °C není potřeba žádný elektrický příkon, protože voda se termolýzou rozkládá na vodík a kyslík . Takové teploty jsou však nepraktické; navrhované WTE systémy pracují při teplotách od 100 do 850 °C [2] [3] [4] .
Účinnost vysokoteplotní elektrolýzy se nejlépe posoudí za předpokladu, že použitá elektřina pochází z tepelného motoru , a poté zvážíme množství tepelné energie potřebné k výrobě 1 kg vodíku (141,86 MJ) ve srovnání s energií použitou v procesu. Při 100°C je potřeba 350 MJ tepelné energie (41% účinnost), při 850°C 225 MJ (64% účinnost).
Výběr materiálů pro elektrody a elektrolyt v článku s pevným oxidem je velmi důležitý . V jedné ze studovaných variant procesu [5] byly použity elektrolyty z oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem yttritým , nikl- cermetové parní/vodíkové elektrody a elektrody ze směsného oxidu lanthanu, stroncia a kobaltu a kyslíku.
I u WFE je elektrolýza dosti neefektivním způsobem skladování energie. K významným ztrátám konverzní energie dochází jak při elektrolýze, tak při přeměně vzniklého vodíku zpět na energii.
Při současných cenách uhlovodíků nemůže WTE jako zdroj vodíku konkurovat pyrolýze uhlovodíků.
WFE je zajímavá jako uhlíkově neutrální způsob výroby paliva a skladování energie. To může být ekonomicky výhodné, pokud lze spolu s nefosilními zdroji elektřiny (jako je solární, větrné, oceánské, jaderné) využívat levné zdroje tepla z nefosilních paliv (koncentrační solární, jaderné, geotermální).
Všechny možné dodávky levného vysokoteplotního tepla pro WTE jsou nechemické, včetně jaderných reaktorů , koncentračních solárních tepelných kolektorů a geotermálních zdrojů. WFE byl laboratorně prokázán při 108 kJ (elektrický) na gram vyrobeného vodíku, ale ne v průmyslovém měřítku. [6]
S dostupným levným vysokoteplotním zdrojem tepla jsou možné i jiné způsoby výroby vodíku. Zejména termochemický cyklus síry a jódu . Termochemická výroba může dosáhnout vyšší účinnosti než WFE, protože není potřeba žádný tepelný motor. Rozsáhlá termochemická výroba však bude vyžadovat značné pokroky v materiálech, které vydrží vysoké teploty, vysoké tlaky a vysoce korozní prostředí.
Trh s vodíkem je velký (50 milionů tun ročně v roce 2004, hodnota asi 135 miliard $ ročně) a roste o 10 % ročně (viz vodíková ekonomika ). Tento trh je uspokojován pyrolýzou uhlovodíků za vzniku vodíku, která má za následek emise CO2. Dva hlavní spotřebitelé jsou rafinérie a závody na výrobu hnojiv (každá spotřebuje asi polovinu veškeré produkce). Pokud se vodíková vozidla rozšíří, jejich spotřeba výrazně zvýší poptávku po vodíku.
Vysokoteplotní elektrolýza s elektrolýzou na bázi pevných oxidů byla použita k výrobě 5,37 gramů kyslíku za hodinu na Marsu z atmosférického oxidu uhličitého pro experiment Mars Oxygen ISRU na roveru NASA Mars 2020 Perseverance pomocí zirkonu v elektrolýzním zařízení [7] [8 ] [9] .