Báo cáo của Lực lượng đặc nhiệm không khí sạch cho biết, các máy điện phân ở nhiệt độ cao đã rẻ hơn khi vận hành nhưng chi phí vốn đang giảm xuống
Theo một nghiên cứu mới, các máy điện phân oxit rắn (SOE), thường được chấp nhận là có chi phí vận hành rẻ và lắp đặt cực kỳ tốn kém, có thể tốn ít chi phí đầu tư hơn so với các loại tương đương như màng trao đổi kiềm hoặc màng trao đổi proton (PEM) trong một số trường hợp.
Báo cáo, Điện phân oxit rắn: Đánh giá hiện trạng công nghệ , do Lực lượng đặc nhiệm không khí sạch (CATF) phi lợi nhuận xuất bản, đề xuất rằng các hệ thống SOE có thể được lắp đặt với chi phí ít nhất là 917 USD/kW bao gồm cả số dư của nhà máy (BOP), trong khi ở các máy điện phân kiềm, đắt tiền nhất của họ có thể có giá lên tới 1.000 USD/kW, bao gồm cả BOP.
Gniewomir Flis, nhà tư vấn hydro độc lập và tác giả chính của báo cáo, cho biết: “Trong một số trường hợp, SOEC [tế bào điện phân oxit rắn] có thể hoạt động rẻ hơn so với kiềm mặc dù tôi cho rằng điều này có nhiều khả năng xảy ra giữa SOEC và PEM”.
Báo cáo cho thấy, ở mức đắt nhất, hệ thống điện phân PEM sẽ có giá lên tới 2.100 USD/kW.
SOE đã được quảng cáo là giải pháp lý tưởng để tích hợp vào các ứng dụng công nghiệp như sản xuất amoniac, vì nó có thể tận dụng nhiệt thải có thể tăng hiệu suất của chúng vượt xa những gì hiện có thể đạt được bằng phương pháp điện phân kiềm hoặc PEM, do đó tạo ra nhiều hydro hơn trên mỗi kWh điện đầu vào .
Tuy nhiên, phạm vi chi phí được trích dẫn trong báo cáo là rất lớn, cho thấy rằng cả hệ thống điện phân PEM và kiềm nhìn chung vẫn rẻ hơn so với SOE – loại đắt nhất sẽ có giá khổng lồ là 4.000 USD/kW bao gồm cả BOP.
Tuy nhiên, phạm vi chi phí cho các hệ thống kiềm và PEM lần lượt ở mức khoảng 800-1.500 USD/kW và 1.400-2.100 USD/kW.
Chỉ riêng chi phí của ống khói SOE dường như đã giảm phần nào kể từ khi Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (Irena) đánh giá lần cuối các công nghệ điện phân vào năm 2020 - họ ước tính vốn đầu tư cho ống khói của SOE ở mức khoảng 2.000 USD/kW, không hề thấp hơn chút nào so với ống khói của CATF- ước tính chỉ khoảng 250-2.000 USD/kW.
Vậy trong trường hợp nào thì các hệ thống SOE – khi kết hợp với nhiệt thải có thể hoạt động với hiệu suất cao hơn khoảng 25% so với các công nghệ điện phân khác – sẽ rẻ hơn so với kiềm hoặc PEM?
Để các hệ thống SOE đạt đến mức cuối cùng, các nhà sản xuất máy điện phân sẽ phải tự động hóa đáng kể và mở rộng quy mô năng lực sản xuất, điều mà Bloom Energy của Hoa Kỳ đang thực hiện.
Nói chung, chi phí hệ thống phụ thuộc nhiều vào cấu hình nhà máy - có nghĩa là một nhà máy SOE trong vòng lặp kém hiệu quả nhất sẽ rẻ hơn khi lắp đặt so với một nhà máy kiềm hoặc PEM được thiết lập để tối đa hóa hiệu quả.
Flis giải thích với Hydrogen Insight : “Phạm vi chi phí bao gồm một số biến số, chẳng hạn như quy mô hệ thống và ngăn xếp, hiệu quả, tính linh hoạt, sự thay đổi trong thiết kế giữa các nhà sản xuất và thậm chí cả quy mô đặt hàng” . “Ví dụ, một hệ thống [kiềm] 10MW được tạo thành từ hai ống kiềm kiềm trong khí quyển 5MW với hiệu suất thấp sẽ đại diện cho ước tính vốn đầu tư cấp thấp hơn. Ngược lại, một hệ thống 10MW được tạo thành từ 20 ngăn xếp linh hoạt, điều áp và hiệu suất cao 500kW sẽ tốn nhiều vốn hơn.”
“Tuy nhiên, ngay cả ở đây cũng cần có những cảnh báo. Trong tương lai, việc tiêu chuẩn hóa sản phẩm và sản xuất hàng loạt có thể có nghĩa là trong một số trường hợp, ngăn xếp nhỏ hơn một chút có thể rẻ hơn ngay cả khi nó đòi hỏi nhiều sự cân bằng hơn của nhà máy. Nhưng vấn đề hiện tại là mọi việc lắp đặt máy điện phân về cơ bản đều được thực hiện theo yêu cầu riêng.”
Vấn đề đối với những người lắp đặt SOE là việc mở rộng quy mô là một thách thức đặc biệt vì hệ thống có rất nhiều bộ phận cân bằng của nhà máy để quản lý nhiệt độ và việc sử dụng hơi nước.
Mặc dù một số thành phần này có thể được chia sẻ trên một hệ thống quy mô GW, nhưng phần lớn trong số đó phải được sao chép cho mỗi “mô-đun” chứa số lượng ngăn xếp ở quy mô megawatt nhất định, tùy thuộc vào cấu hình của nhà máy.
Điều này có nghĩa là khó đạt được hiệu quả kinh tế theo quy mô hơn - bên cạnh thực tế là các hệ thống SOE thậm chí còn chưa được chứng minh ở quy mô nhiều MW.
Và các hệ thống SOE vốn đã lớn so với các hệ thống PEM, do mật độ tế bào cao. Trên thực tế, các hệ thống SOE, kiềm và màng trao đổi anion (AEM) thường có dấu chân vật lý gấp đôi so với các hệ thống tương đương PEM.
First Ammonia hiện có một trong những dự án lớn nhất của doanh nghiệp nhà nước đang được triển khai, một dự án xuất khẩu amoniac xanh khổng lồ 300MW ở Mỹ sử dụng máy điện phân Topsoe và đã có nhà cung cấp tạm thời là Uniper của Đức.
Nhưng mặc dù sản xuất amoniac được coi là cơ hội lớn cho các hệ thống SOE, các nhà sản xuất như Sunfire cũng đang thử nghiệm công nghệ này trong các dự án thí điểm sản xuất hydro độc lập, cũng như sản xuất thép, hạt nhân và sản xuất nhiên liệu điện tử làm từ H2 tái tạo .
