SOEC là viết tắt của Solid Oxide Electrolysis Cell – tế bào điện phân oxit rắn, một công nghệ sản xuất hydro tiên tiến.
Nguyên lý hoạt động:
-
SOEC sử dụng nhiệt độ cao (600–850°C) và chất điện giải dạng gốm oxit rắn để tách nước (H₂O) hoặc hơi nước + CO₂ thành hydro (H₂) và oxy (O₂).
-
Khác với công nghệ PEM hay alkaline electrolysis, SOEC tận dụng nhiệt dư từ các quá trình công nghiệp hoặc nhà máy điện → giảm tiêu thụ điện năng.
Ưu điểm:
-
Hiệu suất cao: 80–90% (cao hơn PEM và alkaline ~60–70%).
-
Có thể sản xuất đồng thời hydro + CO (tổng hợp syngas) để chế tạo nhiên liệu tổng hợp.
-
Tận dụng tốt nhiệt thải từ nhà máy điện hạt nhân, nhà máy hóa chất hoặc luyện kim.
Thách thức:
-
Nhiệt độ vận hành cao → đòi hỏi vật liệu chịu nhiệt tốt, độ bền lâu dài.
-
Chi phí chế tạo và bảo trì hiện còn cao.
-
Vẫn trong giai đoạn phát triển, thương mại hóa hạn chế hơn so với PEM/alkaline.
Ứng dụng:
-
Sản xuất hydro xanh cho lọc dầu, hóa chất, thép xanh.
-
Kết hợp với CO₂ thu hồi để sản xuất e-fuel (methanol, e-kerosene).
-
Dùng trong hệ thống Power-to-Gas hoặc lưu trữ năng lượng quy mô lớn.
So sánh công nghệ điện phân hydro: SOEC – PEM – Alkaline – AEM
Hiện nay, có bốn công nghệ điện phân hydro nổi bật: SOEC, PEM, Alkaline, và AEM. Mỗi công nghệ có ưu – nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng và quy mô khác nhau.
| Tiêu chí | SOEC | PEM | Alkaline | AEM |
|---|---|---|---|---|
| Nhiệt độ hoạt động | 600–850°C | 50–80°C | 60–90°C | 40–70°C |
| Chất điện giải | Gốm oxit rắn | Màng polymer dẫn proton | Dung dịch kiềm (KOH/NaOH) | Màng trao đổi anion |
| Hiệu suất | 80–90% | 60–70% | 60–70% | 65–75% |
| Nguồn năng lượng | Điện + nhiệt dư | Điện | Điện | Điện |
| Tính linh hoạt sản phẩm | H₂ hoặc syngas (H₂ + CO) | H₂ tinh khiết | H₂ tinh khiết | H₂ tinh khiết |
| Độ bền thiết bị | Đang cải thiện | Cao, ổn định | Cao, bền | Đang phát triển, tuổi thọ chưa ổn định |
| Chi phí | Cao | Trung bình – cao | Thấp | Thấp – trung bình (tiềm năng giảm hơn PEM) |
| Quy mô ứng dụng | Công nghiệp lớn, kết hợp nhiệt thải | Vừa và nhỏ, di động | Công nghiệp lớn, truyền thống | Ứng dụng vừa, phân tán |
| Thương mại hóa | Thử nghiệm/pilot | Thương mại mạnh | Lâu đời, ổn định | Mới nổi, đang thử nghiệm |
| Ưu điểm | Hiệu suất vượt trội, tận dụng nhiệt | Gọn nhẹ, hydro tinh khiết | Rẻ, đơn giản | Chi phí thấp hơn PEM, không cần kim loại quý |
| Nhược điểm | Tuổi thọ hạn chế, đắt | Màng polymer đắt tiền, yêu cầu nước tinh khiết | Hiệu suất thấp, cồng kềnh | Công nghệ non trẻ, độ bền và quy mô chưa chứng minh |
Kết luận:
-
SOEC: Phù hợp dự án công nghiệp lớn, hiệu suất cao nhưng công nghệ chưa hoàn thiện.
-
PEM: Đang thương mại hóa mạnh, phù hợp cho xe và ứng dụng linh hoạt.
-
Alkaline: Lâu đời, chi phí thấp, dùng cho sản xuất quy mô lớn.
-
AEM: Công nghệ mới nổi, hứa hẹn chi phí thấp, loại bỏ kim loại quý, nhưng còn cần kiểm chứng độ bền.
