Publication

Power-to-fuels via solid-oxide electrolyzer: Operating window and techno-economics

Résumé

Power-to-fuel systems via solid-oxide electrolysis are promising for storing excess renewable electricity by efficient electrolysis of steam (or co-electrolysis of steam and CO2) into hydrogen (or syngas), which can be further converted into synthetic fuels with plant-wise thermal integration. Electrolysis stack performance and durability determine the system design, performance, and long-term operating strategy; thus, solid-oxide electrolyzer based power-to-fuels were investigated from the stack to system levels. At the stack level, the data from a 6000-h stack testing under laboratory isothermal conditions were used to calibrate a quasi-2D model, which enables to predict practical, isothermal stack performance with reasonable accuracy. Feasible stack operating windows meeting various design specifications (e.g., specific syngas composition) were further generated to support the selection of operating points. At the system level, with the chosen similar stack operating points, various power-to-fuel systems, including power-to-hydrogen, power-to-methane, power-to-methanol (dimethyl ether) and power-to-gasoline, were compared techno-economically considering system-level heat integration. Several operating strategies of the stack were compared to address the increase in stack temperature due to degradation. The modeling results show that the system efficiency for producing H2, methane, methanol/dimethyl ether and gasoline decreases sequentially from 94% (power-to-H2) to 64% (power-to-gasoline), based on a higher heating value. Co-electrolysis, which allows better heat integration, can improve the efficiency of the systems with less exothermic fuel-synthesis processes (e.g., methanol/dimethyl ether) but offers limited advantages for power-to-methane and power-to-gasoline systems. In a likely future scenario, where the growing amount of electricity from renewable sources results in increasing periods of a negative electricity price, solid oxide electrolyser based power-to-fuel sys

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.
Concepts associés (36)
Production d'hydrogène
La production d'hydrogène, ou plus exactement de dihydrogène, est en grande majorité réalisée par extraction chimique depuis des combustibles fossiles, principalement du méthane, du charbon et de coupes pétrolières. La production de dihydrogène par cette voie présente l'avantage d'un coût compétitif, mais l'inconvénient d'être à l'origine d'émissions de non biogénique, qui dépassent généralement dix kilogrammes de par kilogramme d'hydrogène produit.
Électrolyse de l'eau
L'électrolyse de l'eau est un procédé électrolytique qui décompose l'eau (HO) en dioxygène et dihydrogène gazeux grâce à un courant électrique. La cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un électrolyte (ici l'eau elle-même) et connectées aux pôles opposés de la source de courant continu. vignette|Schéma du voltamètre d'Hoffmann utilisé pour l'électrolyse de l'eau. vignette|Schéma fonctionnel de l’électrolyse.
Conversion d'électricité en gaz
La conversion d'électricité en gaz (, P2G ou PtG) est un procédé de transformation de l’énergie électrique en énergie chimique. La principale application de ce procédé est la valorisation de l'électricité excédentaire (quand la production dépasse la demande ou les capacités de flexibilité du système électrique) sous une forme stockable à moyen et long terme. La conversion repose sur l'électrolyse d'eau par de l'électricité pour produire du dihydrogène, ou sur la réaction de méthanation pour produire du méthane (parfois dit Hithane) via la réaction de Sabatier avec le dioxyde de carbone.
Afficher plus
Publications associées (67)

Design and assessment of an evaporating water-cooled methanation reactor for a SOE-based power-to-methane system

Philippe Aubin

The transition towards clean renewable energy sources, where wind and solar are prone to variation, requires adequate energy storage. Power-to-methane (PtM) systems can be part of the solution. Specifically, solid-oxide-electrolyser (SOE) based PtM systems ...
EPFL2024

Perspective Alkaline electrolyzers: Powering industries and overcoming fundamental challenges

Hubert Girault

For the sustainable development of the renewable hydrogen sector, alkaline electrolysis appears to be a technology of choice. Nevertheless, despite its long history that showed its reliability in the industrial field and despite the traditional belief from ...
Cell Press2024

Phase-stable indium sulfide achieves an energy conversion efficiency of 14.3% for solar-assisted carbon dioxide reduction to formate

Michael Graetzel, Jing Gao, Jingshan Luo, Xiaoyu Zhang, Jun Li, Qixing Zhang

Tremendous efforts have been made in developing highly selective catalysts for electrochemical CO 2 conversion to formate. However, the rapid deactivation resulting from structural reconstruction and phase transition poses considerable challenges to the sy ...
Cell Press2024
Afficher plus
MOOCs associés (2)
SES Swiss-Energyscope
La transition énergique suisse / Energiewende in der Schweiz
SES Swiss-Energyscope
La transition énergique suisse / Energiewende in der Schweiz

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.