ٹھوس آکسائڈ الیکٹرولائزر (ایس او ای سی) ٹکنالوجی کے اصول

ہائیڈروجن کی تیاری کے لئے الیکٹرویلائزنگ پانی کے میدان میں ، فی الحال چار مرکزی دھارے کے تکنیکی راستے ہیں ، یعنی الکلائن (ALK) ، پروٹون ایکسچینج جھلی (PEM) ، آئن ایکسچینج جھلی (AEM) اور ٹھوس آکسائڈ الیکٹروائلزر (SOEC)۔

ان میں ، ویٹ انرجی کے ایس او ای سی واٹر الیکٹرولیسس ہائیڈروجن پروڈکشن ٹکنالوجی کا سب سے بڑا فائدہ اس کی کم بجلی کی کھپت ہے۔ الکالی ٹینکوں اور پی ای ایم کے مقابلے میں ، اس سے بجلی کا تقریبا 30 30 ٪ بچ جاتا ہے۔ یہ اعلی درجہ حرارت اور ہائی پریشر بھاپ ایپلی کیشن کے منظرناموں کے لئے بھی موزوں ہے۔

ایس او ای سی الٹا کام کرسکتا ہے ، بجلی کی توانائی اور کیمیائی توانائی کے مابین موثر چکرو تبادلوں کو حاصل کرسکتا ہے ، اور طویل مدتی اور بڑی صلاحیت والی توانائی کا ذخیرہ فراہم کرسکتا ہے۔ فیول سیل موڈ آپریشن میں ، بجلی آکسائڈائزنگ ایندھن کے ذریعہ تیار کی جاتی ہے۔ ایس او ای سی وضع میں ، بجلی H2 ، Syngas ، وغیرہ تیار کرتی ہے ، گرین H2 کے علاوہ براہ راست خاص اور تجارتی کیمیکل تیار کرتی ہے۔ مثال کے طور پر ، اعلی درجہ حرارت SOEC H2O اور O2 کے شریک الیکٹرولیسس کے ذریعہ Syngas تیار کرنے کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے۔ اس کے بعد Syngas کو مختلف H2: CO تناسب کے ساتھ بعد کے کیٹلیٹک رد عمل کے ذریعے متعدد کیمیکلز میں تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ SOEC CO2 کو CO اور O2 میں بھی گلنے کے قابل ہے۔ ایس او ای سی امونیا کی پیداوار ، جو ہوا اور بھاپ کو الیکٹرولیسرز میں کھلاتی ہے ، ترقی کا شکار ہے اور فی الحال اس کی پیداوار بہت کم ہے۔ تاہم ، امونیا کو سمندری ایپلی کیشنز کے لئے ایس او ایف سی موڈ میں ایندھن کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے - یہ بھی ترقی کے تحت ہے۔ آپریشن کی یہ استعداد ایس او ای سی کو الیکٹرولیسس آپریشن کے دوسرے طریقوں سے بہتر بناتی ہے۔

ٹھوس آکسائڈ ایندھن کے خلیوں (SOFCs) اور ٹھوس آکسائڈ الیکٹرولائٹک خلیات (SOECs) میں الیکٹرو کیمیکل رد عمل ، جو بنیادی طور پر ٹھوس آکسائڈ ایندھن کے خلیوں (SOFCs) کے الٹا ہم منصب ہیں۔

اعداد و شمار میں ایس او ای سی ایچ 2 پروڈکشن سسٹم کا ایک عام بہاؤ چارٹ دکھایا گیا ہے۔ یہ نظام بجلی اور پانی کا استعمال کرکے H2 تیار کرنے کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ سسٹم کے اہم اجزاء میں سیریز میں ایس او ای سی اسٹیکس اور توازن یونٹ (بی او پی) شامل ہیں۔

بی او پی میں واٹر پمپ ، ہیٹ ایکسچینجرز ، بھاپ جنریٹرز وغیرہ شامل ہیں۔ پانی کو گرمی کے تبادلے کی ایک سیریز میں گرم کیا جاتا ہے تاکہ ایس او ای سی آؤٹ لیٹ ایئر اسٹریم سے گرمی کی بازیافت کی جاسکے۔ پہلے سے گرم پانی بھاپ پیدا کرنے کے لئے بھاپ جنریٹر میں متعارف کرایا جاتا ہے ، اور پھر بھاپ کو گرم کرنے کے لئے الیکٹرک ہیٹر میں داخل ہوتا ہے۔

بجلی کی ضروریات کو کم سے کم کرنے اور ایس او ای سی سسٹم کی کارکردگی کو بڑھانے کے ل the ، بھاپ کو H2 اور آکسیجن اسٹریمز سے باہر نکلنے کے ذریعے متعدد ہیٹ ایکسچینجر میں گرم کیا جاتا ہے۔ جہاں بیرونی بھاپ دستیاب ہے ، اعداد و شمار میں دکھائی گئی اسکیم کو مزید بہتر بنایا جاسکتا ہے۔

ایس او ای سی الیکٹرولیسس واٹر پلانٹ کا مخصوص حل

الیکٹرولائزر میں ، بھاپ 650 ° C - 1،000 ° C کے درجہ حرارت پر کیتھوڈ پر سڑ جاتی ہے ، جس سے H2 انو اور آکسیجن آئن (پانی میں کمی کا رد عمل) تشکیل ہوتا ہے۔ آکسیجن آئن کیتھوڈ سے انوڈ میں منتقل ہوجاتے ہیں ، الیکٹرانوں کو بیرونی سرکٹ میں جاری کرتے ہیں ، اور آکسیجن ارتقاء کے رد عمل کے ذریعہ آکسیجن بن جاتے ہیں۔ اعلی درجہ حرارت کی حرارت آکسائڈ آئن ہجرت کو چالو کرتی ہے اور دونوں الیکٹروڈ پر الیکٹرو کیمیکل رد عمل کو فروغ دیتی ہے ، جس سے مجموعی کارکردگی کو بہتر بنایا جاتا ہے۔

کیتھوڈک رد عمل: H2 الیکٹروڈ الیکٹرویلیٹ انٹرفیس میں ، بھاپ H2 اور آکسیجن آئنوں میں سڑ جاتی ہے (مساوات 1):

2 H2O + 4 E- → 2 H2 + 2 O2- (1)

انوڈک رد عمل: آکسیجن آئن سیرامک ​​الیکٹرولائٹ سے گزرتے ہیں ، الیکٹرولائٹ آکسیجن الیکٹروڈ انٹرفیس میں کھینچتے ہیں ، اور آکسیجن تیار کرتے ہیں (مساوات 2):

2 O2- → O2 + 4 E (2)

اس کے بعد آکسیجن انوڈ کے ساتھ ساتھ بہتی ہے ، جبکہ H2 ، کچھ بخارات کے مرکب کے ساتھ ، الیکٹرولائٹ کے دوسری طرف H2 الیکٹروڈ کے ساتھ بہتی ہے۔ الیکٹرولیسر کے بہاو میں ، H2 سے بھرپور پروڈکٹ اسٹریم کو انلیٹ اسٹریم کے ساتھ گرمی کے تبادلے کے بعد ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور پھر H2 کو گاڑھا ہوا پانی کے دھارے سے الگ کرنے کے لئے ایک جداکار کے ذریعے گزر جاتا ہے۔

ایس او ای سی الیکٹرولائزر

ایس او ای سی ایک ٹھوس آئنوں سے چلنے والے سیرامک ​​کو الیکٹرویلیٹ کے طور پر استعمال کرتا ہے اور وہ نمایاں طور پر زیادہ درجہ حرارت پر کام کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ ممکنہ فوائد میں اعلی برقی کارکردگی ، کم مادی اخراجات اور پانی کے بخارات (H2O) سے Syngas [کاربن مونو آکسائیڈ (CO) اور H2] تیار کرنے کا آپشن اور ایندھن کے سیل کے ریورس موڈ یا شریک الیکٹرولیسس موڈ میں CO2 تیار کرنے کا آپشن شامل ہے۔

ماضی میں ایک عام مسئلہ یہ تھا کہ اعلی آپریٹنگ درجہ حرارت شدید مادی ہراس کا باعث بن سکتا ہے۔ لیکن وی ای ٹی انرجی نے اس مسئلے کو حل کیا ہے اور موجودہ اجزاء کے مواد کو مستحکم کرکے ، نئے مواد تیار کرکے ، اور آپریٹنگ درجہ حرارت کو 500 ° C - 700 ° C (650 ° C - 1،000 ° C سے کم کرکے) کو کم کیا ہے۔

ویٹ انرجی کا پروڈکٹ ایس او ای سی بہت موثر انداز میں کام کرتا ہے ، خاص طور پر جب اعلی درجہ حرارت کے فضلے کی گرمی کا استعمال کرتے ہو۔ پانی کی الیکٹرو کیمیکل تبدیلی H2 کی پیداوار کی شکل میں گرمی اور بجلی کے ذخیرہ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ ایس او ای سی کے ذریعہ تیار کردہ سبز ایچ 2 پر مصنوعی قدرتی گیس ، میتھانول ، سبز امونیا وغیرہ میں مزید عملدرآمد کیا جاسکتا ہے اور ایک وسیع رینج کے ساتھ مل کر ایکسٹوڈرمک کیمیائی ترکیب کی گرمی ہے ، جو کارکردگی کو اور بھی زیادہ بنائے گی۔ تھرمل انضمام کو توانائی کے ذرائع جیسے جوہری ری ایکٹرز ، کوئلے سے چلنے والے بجلی گھروں ، بایوماس ، اور گھریلو فضلہ آتش گیروں کے ساتھ مل کر بھی استعمال کیا جاسکتا ہے۔