Паровой электролиз для производства зелёного водорода: современное состояние и перспективы исследований

Поскольку ожидается, что возобновляемые источники энергии станут доминирующим источником электроэнергии, водород приобретает значение ключевого энергоносителя для смягчения проблем, связанных с их непостоянством. Электролиз воды в настоящее время является наиболее развитой альтернативой для производства зелёного водорода. Однако в последние два десятилетия паровой электролиз вызывает всё больший интерес и претендует на роль ключевой технологии в комплексе методов электролитического производства водорода. На практике паровой электролиз реализуется по двум различным технологическим направлениям: в твердооксидных электролизёрах (SOEC) и в высокотемпературных электролизёрах с протонообменной мембраной (PEM). Для обеих технологий в работе анализируются критически важные компоненты ячеек, а также рассматриваются характеристики материалов и проблемы деградации. Подробно изучается влияние рабочих условий на производительность и долговечность обеих технологий. Аналитическое сравнение двух альтернативных вариантов электролиза выявляет их различающиеся преимущества и недостатки, а также области применения: SOEC наиболее эффективны в высокотемпературных отраслях, таких как производство стали и атомная энергетика, тогда как паровой электролиз PEM подходит для низкотемпературных применений, например в текстильной и бумажной промышленности. Поскольку паровой электролиз PEM исследован в меньшей степени, в заключении предлагаются направления дальнейших исследований в следующих областях: (i) компоненты ячеек, включая мембраны, катализаторы и газодиффузионные слои, для оптимизации и масштабирования технологии; (ii) стратегии интеграции с возобновляемыми источниками энергии; и (iii) использование морской воды в качестве исходного сырья для производства зелёного водорода.