Abstrakti
SO2-depolarisoitu elektrolyysi (SDE) tuottaa vetyä ja rikkihappoa. Käytettävä rikkidioksidi voi olla peräisin erilaisista teollisuusprosesseista, kuten esimerkiksi sulfidisten mineraalien liekkisulatuksesta tai pasutuksesta, jolloin SDE on osa OutotecR open cycle-prosessia. SO2:n kennojännitettä alentavan eli depolarisoivan vaikutuksen vuoksi vedyn valmistus SDE:n avulla kuluttaa merkittävästi vähemmän sähköenergiaa kuin perinteiset elektrolyysitekniikat kuten alkalielektrolyysi.
Tässä työssä tutkittiin SO2-depolarisoituun elektrolyysiin sopivia materiaaleja sekä prosessin teoreettisia perusteita ja mahdollisuuksia. Aiemman aihetta koskevan kirjallisuuden perusteella ei ollut selvää kuinka väkevää rikkihappoa prosessilla olisi mahdollista tuottaa. PEM-polttokennoja koskevan kirjallisuuden perusteella oletettiin että sähköosmoottinen vedenimuilmiö johtaisi rikkihapon väkevöitymiseen merkittävissä määrin. Lisäksi oletettiin että anodina voitaisiin käyttää kultapinnoitettua metallielektrodia. Perinteisesti SDE:ssä on käytetty platinaa katalyyttinä sekä anodilla että katodilla.
Kultapinnoitteiden kestävyyttä sekä katalyyttistä aktiivisuutta tutkittiin ensin autoklaavi- ja potentiaalipyyhkäisykokeilla, minkä jälkeen elektrodeja tutkittiin laboratoriomittakaavaisessa elektrolyysilaitteistossa (aktiivinen pinta-ala 0,1 m2). Kultapinnoitteiden käyttäytymistä verrattiin puhtaaseen kultaan ja kaupallisiin platinakatalysoituihin titaanielektrodeihin.
Elektrolyyttien sekä membraanin käyttäytymistä tutkittiin mallintamalla sekä kokeellisesti. H2SO4-SO2-H2O-systeemin komponenttien aktiivisuudet laskettiin pitoisuuden funktiona koko konsentraatioalueelle, jolla komponentit liukenevat toisiinsa. Ottaen huomioon Nafion-membraanin ominaisuudet koko elektrolyysiprosessille rakennettiin vesitasemalli. Mallinnustuloksia verrattiin kokeellisiin tuloksiin.
Mallinnus- sekä koetulokset vahvistivat, että anolyytistä siirtyy katolyyttiin membraanin läpi merkittäviä määriä vettä, mikä mahdollistaa rikkihapon väkevöinnin SO2-depolarisoidun elektrolyysin avulla. Ohuet kultapinnoitteet katalysoivat SO2:n anodista hapettumista, minkä lisäksi samanlaisia elektrodeja voi käyttää myös katodeina.
Julkaisun otsikon käännös | SO2-depolarisoitu elektrolyysi vedyn valmistamiseksi |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-5077-5 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-5078-2 |
Tila | Julkaistu - 2013 |
OKM-julkaisutyyppi | G4 Monografiaväitöskirja |
Tutkimusalat
- SO2-depolarisoitu elektrolyysi
- rikkihappo
- vety
- Nafion-membraani
- vesitase
- kulta