Výzkum > Technologické experimentální okruhy > VA5 Vodíkové technologie

VA5 Vodíkové technologie

Vodík

Popis aktivity

Cílem této výzkumné aktivity je výzkum a vývoj na poli vysokoteplotní elektrolýzy vody. Hlavním bodem je vybudování experimentální smyčky pro výrobu vodíku, která bude simulovat propojení vysokoteplotní elektrolýzy vody v kogeneraci s vysokoteplotním, plynem chlazeným jaderným reaktorem IV. generace. Touto simulací by se mělo ukázat, zda je spojení technicky možné a ekonomicky výhodné.  Smyčka by také měla pomoci objasnit dlouhodobou degradaci použitých komponentů a materiálů.
 Další bod této aktivity je vybudování testovací jednotky, ve které budou testovány keramické články používané při vysokoteplotní elektrolýze vody.

Popis zařízení – experimentální smyčka, testovací jednotka


• Anotace

Ústředním prvkem tohoto zařízení je výměník tepla pro horký plyn a vodní páru. Na obr. 1 je schematický náčrtek plánovaného systému. V levé spodní části schématu je znázorněn zdroj tepla simulující vysokoteplotní jaderný reaktor a v pravé spodní části je znázorněn systém elektrolýzy. Mezi těmito částmi se nachází tepelný výměník předávající teplo z okruhu reaktoru (zdroje tepla) do okruhu s vodní párou, která následně vstupuje do elektrolyzéru. Smyčka je navržena pro elektrolyzér o maximálním výkonu 1 kW.
Velký důraz je zde kladen na rekuperaci tepla, proto je jak na katodové straně, tak i na anodové straně další tepelný výměník, předávající teplo mezi vstupními a výstupními plyny. Cílem je vytvořit systém, který bude maximálně energeticky efektivní. Úpravami systému lze s určitým omezením (teplota, tlak a různé druhy plynů) simulovat jiné vysokoteplotní procesy (zdroje tepla), např. zplyňování bio-masy, procesy nových plynových turbín, atd.

Za účelem vyhodnocení dat dlouhodobého provozu experimentální smyčky je nezbytné detailní porozumění chování procesu na úrovni jednotlivých elektrolytických cel. Za tímto účelem je budována testovací jednotka, ve které bude možno testovat keramické články. Ty mohou být testovány jak v modu elektrolýzy, tak v modu palivových článků.


• (Předběžné ) schéma

zjednodušené schéma smyčky

• Typy experimentů

Experimentální smyčka
Výroba vodíku pomocí kogenerace (viz obr. 1) se z počátku zaměří na termodynamiku systému, tj. stacionární a dynamické chování. Nejdůležitějšími parametry jsou tedy teplota a toky plynů (z kogenerace a vodní páry do elektrolyzéru).

  1. Dynamické zkoušky
    Cílem je poznat, pochopit a následně umět předpovídat chování systému při zahřívání a ochlazování. To je důležité pro odhadnutí času potřebného ke spuštění systému a k předcházení technickým problémům – zejména kondenzaci vody – při reálném použití systému. Doba trvání zkoušek bude v rozmezí hodin až dnů, dokud se nedosáhne stabilního stavu.
  2. Dlouhodobé zkoušky
    Pro predikci provozních charakteristik, výkonnosti a degradace jsou plánovány v rozsahu minimálně 240 hodin.

Testovací jednotka
Testované články podstoupí dva různé typy zkoušek: charakterizační testy a dlouhodobé testování.

  1. Charakterizace
    Elektrochemická charakterizace článků bude obsahovat všechny v současnosti používané metody, tj. stanovení plynotěsnosti elektrolytu, měření U-i-křivek a vodivosti pomocí impedance, stejně jako post-mortem studii článků pro identifikaci usazování nebo reakcí aktivních materiálů.
  2. Dlouhodobé testy
    Dlouhodobé testy budou prováděny v rozsahu cca. 1000 hodin. Tento test nestačí provádět pouze na experimentální smyčce v rámci dlouhodobých testů, protože při testech jednotlivých článků v testovací jednotce je možné oddělit degenerační vliv kogenerační sestavy od přímého vlivu článku samotného. Tento přístup umožní přesnější interpretaci degradačních procesů.

 

Do budoucna je plánováno testování v režimu ko-elektrolýzy (společná elektrolýza vody a CO2) a testování reverzibilních keramických článků jak v režimu elektrolýzy, tak i v režimu palivových článků.