Energikonvertering ved Solid Oxide Electrolyser Cells

4.1. OPBYGNING AF SOEC-ANLÆG
Ved (1) ses indløb af vand og kuldioxid. Efter rensning blandes vand og kuldioxid i et forhold svarende
til det ønskede output, f.eks. metanol.
Blandingen af væske og gas fortsætter ind i en varmeveksler (mangler på figur), (2), som bruges i det
tilfælde, hvor der er ekstern varme tilgængeligt. Alt efter placering af anlægget kan der eksempelvis
være overskudsvarme fra industri eller lignende tilrådighed. Se perspektivering, kapitel 8, for diskutionsafsnit
omkring placering af SOEC-anlægget. Fordelen ved at benytte varme over 100 ◦ C er, at det
kan erstatte den elektricitet, der skulle bruges til at fordampe vandet ved indløb. Varme er som regel
billigere end elektricitet, så det vil kunne give en økonomisk gevinst, se teoriafsnit 3.5.
Recirkulering (3) af gasser er nødvendigt af flere årsager. Reaktionen forløber ikke 100%, dvs. der altid
vil være rester af vand og kuldioxid i udgangsgassen. Disse gasser separeres og recirkuleres i anlægget.
En anden grund er, at det kan være fordelagtigt at recirkulere gassen, især brint, da det forhindrer
nikkel i at oxidere ved katoden [Jensen et al., 2008, s. 85].
Punkt (4) er elektrolysestakken. Blandingen af vand, kuldioxid, en mindre del brint og kulmonooxid,
er blevet varmevekslet med udgangsgasserne til en temperatur på ca 850 ◦ C og et tryk mellem 0,1 -
10 MPa, alt efter hvad udgangsgasserne skal bruges til. Trykket kan opnås ved at udnytte trykstigningen,
som sker ved fordampning og overophedning af vand. En temperaturstigning op til 287 ◦ C giver
et damptryk på ca 7 MPa [Jensen et al., 2008, s. 28]. Tilsvarende kan der også bruges en almindelig
elektrisk pumpe, hvilket er mere energikrævende. For at elektrolysecellen ikke skal tage skade af det
høje tryk, kan den bygges ind i en tryktank. Trykket uden om stakken skal være på højde med det indvendige
tryk, så selve stakken ikke belastes, men derimod tryktanken udenom.
Output fra stakken består af ilt, kulmonooxid, brint samt en mindre del vand og kuldioxid som ikke er
reageret i stakken. Begge gasser varmeveksles med indgangsgassen på vej ud, så temperatur og tryk
sænkes.
Effekten, der skal tilføres stakken, kommer fra to højstrømskabler (5). Effektelektronik styrer effekten
ind i stakken. Stakken er delvist selvregulerende, som beskrevet i afsnit 3.4 om den elektriske modstand
i cellen. I forhold til op- og nedregulering er det vigtigt ikke at overbelaste elektrolysestakken
unødvendigt.
Når udstødningsgasserne har afgivet det meste af deres varme til indganggasserne, kommer de ud
til katalysatoren (6). På figur 4.1 ses katalysatoren inde i et rør, hvilket ikke er helt optimalt i forhold
til recirkulation. Typisk kræves recirkulation af syntesegassen for at al stoffet reagerer. Resterne, dvs.
vand og kuldioxid, fortsætter ud til (3), hvor det syntetiske brændstof bliver ført videre og resten recirkuleres.
Metanol kræver temperaturer på ca. 250 ◦ C og et tryk på 5 - 10 MPa. I modsætning kræver
f.eks. metan temperaturer mellem 190 og 450 ◦ C og et tryk på 3-4 MPa, se afsnit 3.7. Begge processer
er exoterme, hvilket betyder, at temperaturen vil stige efter katalysatoren. Den ekstra varme kan vha.
varmeveksleren opvarme indgangsgassen og evt. også hjælpe med fordampningen af vand, hvis ikke
tilstrækkelig ekstern varme er til rådighed.
Efter separering (7) af det tilbageværende vand og kuldioxid, er temperaturen og trykket faldet tilstrækkeligt
til at metanol kan tappes af.
Til isolering af et anlæg vil der typisk benyttes glasuld eller stenuld. Tykkelsen på isoleringslaget
afhænger af anlæggets størrelse, men omkring 30 cm vil være rimeligt [Jensen 3, 2008]. Hvis anlægget
skal kunne bruges til hurtig regulering af elnettet, er det vigtigt at kende anlæggets opstartshastighed.
41