前沿科技之新电解池技术

扫街

低碳排放的实现需要在新的能源系统解决方案中大量采用可再生能源。这其中一种解决方案就是分布式能源系统。分布式能源系统需要将可再生能源产生的过剩电力转化为可存储的能量，其中之一便是化学能，如转化为液态甲醇或天然气或混合燃料气体等。目前的技术比较适合在大型工厂和高温下实现这种转换。但要实现混合燃料的本地化生产，就需要开发出能够在200-400摄氏度下运作的电解技术，这样才能建立与当地风力发电机组直接相连的小型化的电解设备并生产混合燃料。
目前，丹麦理工大学（DTU）的一项新的名为“可持续能源催化剂”（CASE）的计划正在开发利用催化剂实现可再生能源向化学能转换的技术。DTU燃料电池和固态化学组正在开发的固体氧化物电解池（SOEC）技术有两种类型，一种是使用介孔陶瓷材料吸收并保存液态电解质，另一种是低温质子导电材料（如图所示），使用了固体陶瓷电解质。
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" i& o" F/ G- q$ @" z! w$ y) r图中SOEC的运作原理有两种，在质子导电电解质型SOEC中，氢离子从阳极穿过电解质到达阴极，这类电解池运行温度较低并能够用于生产不同类型的混合燃料。在氧离子导电电解质型SOEC中，氧离子从阴极穿过电解质到达阳极，这种电解池需要较高的运行温度，会导致混合燃料的分解，因此只用于生产混合燃气。该图还显示了自然界中的光合作用过程，该过程的产物是天然燃料——糖。
由于对大气中的CO2进行直接分解非常困难并且昂贵，因此研究人员想利用其他气源，例如啤酒厂以及第二代生物酒精厂发酵产生的大量CO2，另一种可能是利用丹麦分布最为广泛的原料——石灰石（CaCO3）。加热石灰石释放CO2，留下生石灰（CaO），与水混合后产生熟石灰（Ca(OH)2），之前加热使用的热量在该过程中被重新释放。熟石灰能够迅速地从空气中重新吸收CO2并重新变为石灰。这整个过程就是碳循环的一部分，这一循环可用于制造碳中性的混合燃料。