Sustainable Hydrogen Storage and Methanol Synthesis Through Solar‐Powered Co‐Electrolysis Using SOEC

电解 制氢 氢气储存 环境科学 废物管理 化学 化学工程 材料科学 工程类 电极 有机化学 物理化学 电解质
作者
Muhammad Sajid Khan,Muhammad Abid,Chen Chen,Juliana Zaini,Tahir Abdul Hussain Ratlamwala,Ali Ahmed Alqahtani
出处
期刊:Energy storage [Wiley]
卷期号:6 (8)
标识
DOI:10.1002/est2.70095
摘要

ABSTRACT Syngas rich in hydrogen, generated through renewable‐powered co‐electrolysis of water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) using solid oxide electrolysis cells (SOEC), have gained significant attention due to its high efficiency and conversion rates. This method offers a promising solution for mitigating global warming and reducing CO 2 emissions by enabling the storage of intermittent renewable energy. This study investigates solar‐integrated co‐electrolysis of H 2 O and CO 2 via SOEC to produce hydrogen‐rich syngas, which is then utilized for methanol synthesis through a series of heat exchangers and compressors. Parabolic dish solar collectors supply thermal energy, while photovoltaic modules provide electricity for SOEC operation. CO 2 from industrial processes is captured and combined with steam at the SOEC inlet for co‐electrolysis. The proposed system is modeled using engineering equation solver software, incorporating mass, energy, and exergy balance equations. The system's performance is analyzed by varying key parameters such as direct normal irradiance, heat exchanger effectiveness, current density, cell temperature, and pressure. The proposed system achieves a solar‐to‐fuel efficiency of 29.1%, with a methanol production rate of 41.5 kg per hour. Furthermore, an economic analysis was conducted to determine the levelized cost of fuel.
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