碳中和是一场绿色的革命，面向碳中和的未来能源，亟需一系列颠覆性、变革性的能源技术作为支撑。SOEC共电解，是近来涌现出的能实现CO₂的资源化利用并兼具新能源消纳、储能功能的一项新技术。该技术对推动未来实现双碳目标的巨大作用毋庸置疑，目前它在国内的发展处于什么阶段？哪些企业在着力研发？面临哪些挑战？本文展开具体介绍。
何为SOEC共电解？
电解水制氢市场快速发展，让SOEC成为近年高效制取绿氢的研究热点，仅今年，就迎来中石化、中原油田、Bloom Energy、蒂森克虏伯、CeresPower等国内外能源巨头押注加码；市场层面，在以质子动力、翌晶氢能、思伟特、氢程科技、华科福赛等为代表的国内企业的努力下，SOEC正逐步实现项目的应用落地。伴随SOEC受到广泛关注，它可以电解CO₂同时兼具新能源消纳、储能的功能的亮点也开始被发掘。其具体原理如下：
（SOEC的结构分平板式和管式，该图是平板式氧离子传导SOEC反应过程）
SOEC作为一个反应器，同时通入水和CO₂可以生成H₂和CO，这一产物也被称为合成气（Syngas）。合成气的转化利用在现代化工中起着非常重要的作用。它可以为甲醇、烯烃、芳香烃、医药中间体等化工品提供合成原料；合成eFuels帮助交通等领域脱碳并可作为长周期储能技术手段，通过SOFC发电供应稳定电力。利用可再生电力电解生产合成气让费托合成等化工生产实现零碳排放成为现实，未来若采用空气中捕捉的CO₂与H₂O共电解将有望实现负碳排放。
SOEC共电解具有高效、低污染、应用广泛的优点，是一种很有前景的能源转化和储存技术。更具体，它的技术功能价值在于：1）在绿色电力燃油制备中采用SOEC共电解技术，相比当前典型工艺——常规电解槽和RWGS（逆水煤气变换反应）分别制取H₂和CO，减少了RWGS这个环节，降低了系统投资，能量转换效率至少提高10%以上；2）在优化CO₂捕集工艺、降低绿电和SOEC装置成本的情况下，共电解制备H₂/CO价格有望低于现有的石油化工制备合成气的价格；3）在帮助解决新能源电力消纳的同时，助力化工、冶金、运输等传统行业的低碳转型；4）功率可根据新能源装机规模灵活调节，更有利于绿电项目的建设和高效消纳。
SOEC电解二氧化碳是紧跟着电解水制氢较大的市场，目前正被发现。如果说电解水制氢期待的是SOEC或者是其他技术路线来制取绿氢，实现绿氢对过往灰氢的替代，推动制氢行业减碳，那么，SOEC电解二氧化碳则更直接，等于把存量的二氧化碳进行有效的电解回收，通过绿电的方式进行电解，推动双碳目标的实现。
目前国内已经有研究机构、企业在积极推进这一技术的研发与落地。比如，中国科学院上海应用物理研究所与中海石油气电集团技术研发中心组成的联合研发团队成功研制了十千瓦级高温共电解装置，并通过了专家团队的技术验收。
该装置电解功率最高为10.14千瓦，CO₂单程转化率为77.9%，合成气产生速率3.08 Nm³/h，合成气中H₂/CO比值可在1.3-4.8范围内调节，装置稳定运行达210小时。中国矿业大学（北京）基于自主研发的kW级阳极支撑平板式SOEC电堆，在设定炉温750℃、H2流量1.66L/min、空气流量100L/min条件下，电池共电解功率最高达1998.5W。中科院上海应用物理研究所系统研究了输入气体组分和电流密度对电解性能的影响，共电解制合成气的原料利用率达80%。
另外，质子动力今年拿下江苏省SOEC共电解核心技术研究及系统研发的科研项目，正启动对二氧化碳电解SOEC的研发工作。思伟特SOEC共电解产品通过共电解水蒸气和二氧化碳，可高效制备一氧化碳和氢气的合成气，搭配费托反应设备等可以实现甲烷、甲醇、乙醇、汽油、航空燃油等各类化工制品的制备。
SOEC共电解技术挑战
SOEC共电解产品和SOEC电解水产品，从电池到电堆到系统，整个结构其实非常类似，国内SOEC企业在电解水的技术积累上可快速启动项目开发。这种技术积累对SOEC共电解是有帮助，但两者也有些许区别，SOEC共电解有一些技术领域尚待突破，包括：开发高活性和稳定性的电解池组件材料；开发大规模的CO₂收集纯化技术；开发用于高温SOEC电堆的高效热管理系统；开发出口气体分离纯化技术。
此外，SOEC技术仍然在经济性方面存在一些问题，包括：由于电池部件的衰减问题，导致运行和维护成本高；电解过程耗电量高，导致生产成本高；由于SOEC部件缺乏标准化制造流程，现有SOEC工厂规模有限，导致建设成本高。
未来，国内企业应进一步加强高温电化学领域基础研究，加快先进原位表征手段和模拟分析手段在该领域的应用，以指导开发适用于CO₂高温电解过程的SOEC阴极、阳极和电解质材料体系。此外，还应开发高温CO₂电解系统的关键配件，包括电源、气体净化系统、气体循环系统和温度控制系统等。与此同时，还应加快开展更多理论模拟和实验研究，来进一步验证可再生能源发电、CO₂电解与化工合成过程耦合的经济性和技术可行性，为后续建成大规模CO₂资源化利用全产业链奠定理论依据和实验基础。
SOEC共电解前景明朗，但要实现场景广泛落地应用，还有一段技术创新突破的路要走。
