淨零排放優選方案－高效率產氫SOEC關鍵組件技術

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淨零排放優選方案－高效率產氫SOEC關鍵組件技術

更新時間：2023-03-24 13:29

【技術簡介】
高溫固態氧化物電解電池(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)為將電能及水蒸氣轉換為氫氣之固態陶瓷元件，操作溫度範圍600~900 °C，具有高效率及高穩定性等優點，相較於低溫(<200 °C)操作之鹼性(Alkaline)及質子交換膜(PEM)型電解電池，SOEC之系統效率可大於80 %以上。SOEC由電解質及陰極、陽極等電極組成，於陰極導入高溫水蒸氣，並通以電力，即可進行電解反應於陰極產生氫氣，而於陽極產生氧氣。若結合再生能源電力以電解高溫水蒸氣，其產氫程序無碳足跡，所產製之氫氣被稱為綠氫。氫氣之使用廣泛，無論於未來氫經濟、氫社會之形成，或於2050淨零排放目標之達成，綠氫更佔舉足輕重的角色，而SOEC被視為產製綠氫之最優選技術。
國原院具備高溫固態氧化物電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)從粉末到電力的技術，SOEC為SOFC的逆反應，導入相關技術開發可降低研發投入門檻。目前已成功開發自製全尺寸(10 cm×10 cm)金屬支撐型及陶瓷支撐型電解片，並進一步組裝為多片裝之電解堆，初步測試5片裝之MS-SOEC電解堆，於操作溫度750 °C及電解電流40 A，產氫量達91.2 L/h，產氫效率大於80 %，未來將可據此放大規模組裝kW級之電解堆。

5片裝MS-SOFC電解堆耐久性測試電解電壓變化曲線

【計畫規劃/技術應用】
計畫將持續進行10片裝MS-SOEC電解堆組裝，並進一步降低操作溫度至700 °C，且提升產氫量達360 L/h、產氫效率達80 %以上；亦將建置kW級陽極支撐型電解電池(AS-SOEC)電解堆，於操作溫度750 °C之產氫量大於800 L/h，產氫效率達85 %以上。因應國際對於淨零排放之要求，綠氫之應用，例如鋼鐵、石化、電力等高碳排放產業，以綠氫做為原物料或能源使用，已為不可避免之趨勢，國內產業或企業亦多表達使用綠氫的需求意願及高度興趣。然以SOEC產製綠氫技術成本仍高，唯有持續投入技術開發及精進，整合能源系統以降低產氫成本，俾利技術產業應用。此外，SOEC技術亦可進行水及二氧化碳之共電解，生產富氫混合氣，其為重要之負碳技術。結合SOFC發電及SOEC產氫之可逆式固態氧化物電池(rSOC)可做為長期跨季之儲能系統，亦為使用再生能源之重要消峰填谷之應用技術。

【未來佈局】
在國原院進行技術專利檢索分析及國內相關產業應用之調查下，專利前三大項依序為電解堆、氣體產生系統及SOEC系統等相關專利。未來將持續精進固態氧化物電解電池(SOEC)及電解堆等關鍵組件開發，進行kW級電解堆組裝技術及建置，先奠立SOEC相關組件及小型系統之發展及技術能力驗證，再結合國內業者進行規模放大。此外，因應2050年淨零排放(Net Zero Emissions)的目標，如欲將做為生產綠氫首選之SOEC技術推向市場，以運行的角度，將優先考慮對有多餘綠能或會產生高溫(蒸氣)的產業進行技術推廣；以需求的角度，則可考慮對使用高爐或煉油、化學品合成相關產業為推廣對象。

【連絡資訊】
姓名：吳思翰
電話：03-4711400分機6776
E-mail：shwu@nari.org.tw