電解

化学と製造業において、電気分解とは直流電流(DC) を使用して、本来は自発的に起こらない化学反応を駆動する技術です。電気分解は、電解セルを使用して鉱石などの天然資源から元素を分離する段階として商業的に重要です。電気分解を起こすために必要な電圧は、分解電位と呼ばれます。「分解」という言葉は分離または破壊を意味するため、用語上、電気分解は「電気による分解」を意味します。

「電気分解」という言葉は、1834年にマイケル・ファラデーによって導入されました^[1] 。この言葉は、17世紀以来電気現象と関連付けられてきたギリシャ語のἤλεκτρον [ɛ̌ːlektron] 「琥珀」と、溶解を意味するλύσις [lýsis]を使用しています。しかし、化学反応を研究し、純粋な元素を得るための手段としての電気分解は、ファラデーによる造語と正式な説明に先立って存在していました。

19世紀初頭、ウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライルはボルタの実験をさらに進めようとした。彼らは2本の電線を電池の両側に取り付け、もう一方の端を水で満たされた管に入れた。彼らは電線を合わせると、それぞれの電線から泡が出てくることに気づいた。1つは水素で、もう1つは酸素だった。^[2]

1785年、オランダの科学者マーティン・ファン・マルムは静電発生装置を発明し、後に電気分解として知られるプロセスを使用して、塩からスズ、亜鉛、アンチモンを還元しました。彼は無意識のうちに電気分解を生み出しましたが、1800年になってウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライルが電気分解の仕組みを発見するまで、電気分解の仕組みは発見されませんでした。^[3]

1791年、ルイージ・ガルヴァーニはカエルの足で実験を行いました。彼は、動物の筋肉を2枚の異なる金属板の間に挟むと電気が発生すると主張しました。これらの主張に応えて、アレッサンドロ・ボルタは独自の実験を行いました。^{[4] [5]これは、}ハンフリー・デービーの電気分解に関するアイデアへの洞察を与えました。予備実験中に、ハンフリー・デービーは、2つの要素が結合して化合物を形成すると、電気エネルギーが放出されると仮説を立てました。ハンフリー・デービーは、電気分解に関する予備実験から分解表を作成しました。分解表は、特定の化合物を分解するために必要なエネルギーについての洞察を与えました。^[6]

1817年、ヨハン・アウグスト・アルフウェドソンは、サンプルの一部にリチウムという別の元素が含まれていることを突き止めたが、その成分を分離することはできなかった。1821年になってようやく、ウィリアム・トーマス・ブランデが電気分解を利用してリチウムを特定した。2年後、ブランデは電気分解で塩化リチウムと塩化カリウムを使用するプロセスを合理化し、リチウムと水酸化リチウムを生産した。^{[7] [8]}

ハンフリー・デービーの研究の晩年、マイケル・ファラデーが助手となった。ハンフリー・デービーのもとで電気分解の過程を研究していたとき、マイケル・ファラデーは電気分解の2つの法則を発見した。^[5]

マクスウェルとファラデーの時代には、電気陽性と電気陰性に関する懸念が^[漠然と]浮上した。^[9]

1875年11月、ポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランは水酸化ガリウムの電気分解によりガリウムを発見し、3.4mgのガリウムを生成した。翌年12月、彼はパリの科学アカデミーでガリウムの発見を発表した。^[10]

1886年6月26日、フェルディナン・フレデリック・アンリ・モアッサンは、無水フッ化水素を電気分解して、純粋なフッ素元素ガスを生成することにようやく自信を持てるようになった。フッ化水素を使用する前に、アンリ・モアッサンは電気分解でフッ化物塩を使用していた。そこで1886年6月28日、彼は科学アカデミーの前で実験を行い、新しい元素フッ素の発見を披露した。^[11]フッ化物塩の電気分解で元素フッ素を見つけようとした際に、ポーラン・ルーイエやジェローム・ニクレを含む多くの化学者が亡くなった。^[12]

1886年、アメリカのチャールズ・マーティン・ホールとフランスのポール・エルーは、アルミニウムの電気分解に関するアメリカの特許を申請した。エルーは5月に、ホールは7月に申請した。^[13]ホールは、フランスの特許が申請される前に自分の方法が発見されていたことを兄や家族に手紙で証明し、特許を取得することができた。^{[14]これは}ホール・エルー法として知られるようになり、アルミニウムの価格が1ポンドあたり4ドルから​​30セントに下がったため、多くの産業が恩恵を受けた。^[15]

1902年、ポーランドの技術者で発明家のスタニスワフ・ワシュチンスキは、銅と亜鉛の電気分解に関するポーランドの特許を申請し、取得した。^{[16] [17] [18]}

• 1785年 -マルティヌス・ファン・マルムの静電発生器は、電気分解を利用して塩からスズ、亜鉛、アンチモンを還元するために使用されました。 ^[19]
• 1800年 -ウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライル（およびヨハン・リッター）が、水を水素と酸素に分解しました。
• 1808年 -ハンフリー・デービーが電気分解によってカリウム（1807年）、ナトリウム（1807年）、バリウム、カルシウム、マグネシウムを発見した。
• 1821年 -イギリスの化学者ウィリアム・トーマス・ブランデが酸化リチウムの電気分解によってリチウムを発見した。
• 1834年 -マイケル・ファラデーが電気分解の2つの法則を発表し、その数学的説明を提供し、電極、電解質、陽極、陰極、陰イオン、陽イオンなどの用語を導入しました。
• 1875年 -ポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランが電気分解によってガリウムを発見した。^[20]
• 1886年 -アンリ・モアッサンが電気分解によってフッ素を発見しました。
• 1886年 -アルミニウム製造のためのホール・エルー法が開発される。
• 1890年 -水酸化ナトリウムを製造するためのカストナー・ケルナー法が開発されました。
• 1902 – スタニスワフ・ワシュチンスキーが電気分解を使用して銅を入手しました。^{[16] [17] [18]}

電気分解とは、電解質に直流電流を流すことで、電極で化学反応を起こし、物質を 分解することです。

電気分解に必要な主な構成要素は、電解質、電極、および外部電源です。生成物が反対側の電極付近に拡散するのを防ぐための仕切り（イオン交換膜や塩橋など）はオプションです。

電解質は、自由イオンを含み、電流を運ぶ化学物質です(例: イオン伝導性ポリマー、溶液、イオン性液体化合物)。ほとんどの固体塩のようにイオンが移動しない場合は、電気分解は起こりません。液体電解質は次のように生成されます。

• イオン性化合物を溶媒（水など）と反応させて可動イオンを生成すること
• 加熱により溶解したイオン化合物

電極は、電解質を通して電流が流れるように一定の距離を置いて浸漬され、電源に接続されて電気回路が完成します。電源から供給される直流電流が反応を駆動し、電解質内のイオンがそれぞれ反対に帯電した電極に引き寄せられます。

金属、グラファイト、半導体材料の電極が広く使用されています。適切な電極の選択は、電極と電解質の化学反応性と製造コストによって決まります。歴史的に、電気分解に非反応性の陽極が望まれた場合、グラファイト（ファラデーの時代には黒鉛と呼ばれていました）または白金が選ばれました。^[21]これらは、陽極用の最も反応性の低い材料の一部であることがわかりました。白金は他の材料に比べて非常にゆっくりと浸食され、グラファイトは砕けて水溶液中で二酸化炭素を生成する可能性がありますが、それ以外では反応に関与しません。陰極は同じ材料で作られる場合もあれば、陽極での酸化により陽極の摩耗が大きくなるため、より反応性の高い材料で作られる場合もあります。

電気分解の重要なプロセスは、印加電位による電子の除去または追加による原子とイオンの交換です。電気分解の目的の生成物は、電解質とは異なる物理的状態にあることが多く、機械的なプロセス (電極上のガスの収集、または電解質から生成物を沈殿させるなど) によって除去できます。

生成物の量は電流に比例し、2つ以上の電解セルを同じ電源に直列に接続すると、セル内で生成される生成物はその当量重量に比例します。これらはファラデーの電気分解の法則として知られています。

各電極は、反対の電荷を持つイオンを引き寄せます。正に帯電したイオン(陽イオン) は、電子を供給する (負) 陰極に向かって移動します。負に帯電したイオン (陰イオン) は、電子を抽出する (正) 陽極に向かって移動します。このプロセスでは、電子は反応物として陰極に効果的に導入され、生成物として陽極から除去されます。化学では、電子の損失は酸化と呼ばれ、電子の獲得は還元と呼ばれます。

電極の表面にあるような中性の原子や分子が電子を獲得したり失ったりすると、イオンになり、電解質に溶解して他のイオンと反応することがあります。

イオンが電子を獲得または失って中性になると、電解質から分離する化合物が形成されます。Cu ²⁺などの正の金属イオンが層状に陰極に堆積します。これを電気めっき、電解採取、電解精製と呼びます。

イオンが中性にならずに電子を獲得したり失ったりすると、その過程で電子の電荷が変化します。

例えば、塩水の電気分解では水素と塩素のガスが発生し、電解液から泡立ち、集められます。初期の全体的な反応は次のようになります。^[22]

2 NaCl + 2 H ₂ O → 2 NaOH + H ₂ + Cl ₂

陽極での反応により、塩素イオンから塩素ガスが発生します。

2 Cl ⁻ → Cl ₂ + 2 e ⁻

陰極での反応により水素ガスと水酸化物イオンが発生します。

2 H ₂ O + 2 e ⁻ → H ₂ + 2 OH ⁻

電極間に仕切りがなければ、陰極で生成されたOH ^{−イオンは電解質全体を通じて陽極まで自由に拡散します。 OH −}の生成により電解質がより塩基性になると、陽極で次亜塩素酸塩(ClO ⁻ )を生成する水酸化物と反応し始めるため、溶液から放出されるCl _{2 は}少なくなります。

Cl ₂ + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H ₂ O

Cl _{2 が}溶液中の NaOH と相互作用する機会が増えるほど、溶液の表面に現れる Cl _{2が少なくなり、次亜塩素酸塩の生成が速くなります。これは、溶液の温度、Cl 2}分子が溶液と接触する 時間、NaOH の濃度などの要因によって異なります。

同様に、次亜塩素酸塩の濃度が増加すると、そこから塩素酸塩が生成されます。

3 NaClO → NaClO ₃ + 2 NaCl

水の自己イオン化や陰極での次亜塩素酸塩の分解などの他の反応も起こり、後者の速度は拡散や電解質と接触する陰極の表面積などの要因に依存します。^[23]

分解電位または分解電圧とは、電気分解が起こるために必要な電解セルの陽極と陰極の間の最小電圧（電極電位の差）を指します。 ^[24]

電気分解が熱力学的に好ましい電圧は、ネルンストの式を使用して計算される電極電位の差です。過電圧と呼ばれる追加の電圧を印加すると、反応速度が上昇するため、熱力学的値を超える必要があることがよくあります。酸素、水素、塩素などのガスが関与する電気分解反応では特に必要です。

イオンまたは中性分子の酸化は陽極で起こります。例えば、陽極で第一鉄イオンを第二鉄イオンに酸化することが可能です。

鉄^2歳以上
(水溶液) → Fe^3歳以上
(水) + e ⁻

イオンまたは中性分子の還元は陰極で起こります。陰極で フェリシアン化物イオンをフェロシアン化物イオンに還元することが可能です。

鉄(CN)^{3-6 3-6}
_{6 ...}+ e ⁻ → Fe(CN)^{4-6 4-6}
_{6 ...}

中性分子もどちらの電極でも反応します。たとえば、p-ベンゾキノンは陰極でヒドロキノンに還元されます。

+ 2 e ⁻ + 2 H ⁺ →

最後の例では、H ⁺イオン（水素イオン）も反応に関与しており、溶液中の酸、または溶媒自体（水、メタノールなど）によって供給されます。H ⁺イオンを伴う電気分解反応は、酸性溶液ではかなり一般的です。アルカリ性水溶液では、OH ⁻（水酸化物イオン）を伴う反応が一般的です。

場合によっては、溶媒自体（通常は水）が電極で酸化または還元されることもあります。ガス拡散電極などを使用することで、ガスを伴う電気分解を行うことも可能です。

追加する必要がある電気エネルギーの量は、反応のギブス自由エネルギーの変化とシステム内の損失の合計に等しくなります。損失は（理論上）ゼロに任意に近づくことができるため、最大熱力学的効率は、反応のエンタルピー変化を自由エネルギー変化で割った値に等しくなります。ほとんどの場合、電気入力は反応のエンタルピー変化よりも大きいため、一部のエネルギーは熱の形で放出されます。たとえば、高温で蒸気を水素と酸素に電気分解する場合、その逆のことが当てはまり、熱エネルギーが吸収されます。この熱は周囲から吸収され、生成された水素の発熱量は電気入力よりも高くなります。

脈動電流は直流とは異なる生成物を生み出す。例えば、脈動は希硫酸などの酸性水溶液の電気分解において陽極で生成されるオゾンと酸素の比率を増加させる。 ^[25]脈動電流によるエタノールの電気分解では、主に酸ではなくアルデヒドが発生する。^[26]

ガルバニ電池とバッテリーは、自発的なエネルギー放出酸化還元反応を利用して、有用な電力を供給する電位を生成します。二次電池が充電されると、その酸化還元反応は逆に行われ、システムは電解セルとみなすことができます。

塩素アルカリ法は電気分解の大規模な応用である。この技術は多くの産業で必要とされる塩素と水酸化ナトリウムのほとんどを供給している。陰極は混合金属酸化物被覆チタン陽極（寸法安定陽極とも呼ばれる）である。 ^{[27] [28]}

多くの有機フッ素化合物は電気フッ素化によって製造される。^[29] この技術の1つの現れはシモンズ法であり、次のように説明できる。

R ₃ C–H + HF → R ₃ C–F + H ₂

典型的な合成の過程では、この反応は前駆体の C–H 結合ごとに 1 回発生します。セル電位は 5～6 V付近に維持されます。電気触媒であるアノードはニッケルメッキされています。

アクリロニトリルは電気触媒によって工業規模でアジポニトリルに変換される。 ^[30]

• 精製銅から銅を精製します。
• アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムの電気冶金。

電気めっきでは、金属の薄膜が基板材料の上に堆積されます。電気めっきは、車体やニッケル貨幣など、機能的または装飾的な目的で多くの業界で使用されています。

電気化学加工では、電解カソードは、陽極酸化によってワークピースから材料を除去するための成形工具として使用されます。ECM は、バリ取りや、工具やナイフなどの金属表面に永久的なマークやロゴをエッチングするための技術としてよく使用されます。

• 塩素酸ナトリウムと塩素酸カリウムの製造。
• 宇宙船、原子力潜水艦、車両用の水素などの燃料の生産。
• 古い硬貨やその他の金属物の錆の除去と洗浄。

不活性プラチナ電極を含むセルを使用して、いくつかの塩の水溶液を電気分解すると、陽イオンの還元（亜鉛塩などの金属析出など）と陰イオンの酸化（臭化物による臭素の発生など）が起こります。しかし、いくつかの金属の塩（ナトリウムなど）では、陰極で水素が発生し、いくつかの陰イオンを含む塩（硫酸塩SOなど）では、陰極で水素が発生します。²⁻⁴
_...) 陽極で酸素が発生します。どちらの場合も、水が還元されて水素が形成されるか、酸化されて酸素が形成されるためです。原理的には、塩溶液を電気分解するために必要な電圧は、陽極と陰極での反応の標準電極電位から導き出すことができます。標準電極電位は、各電極での反応のギブス自由エネルギーΔ Gに直接関連しており、電流が流れていない電極を指します。標準電極電位の表からの抜粋を以下に示します。

電気分解の観点から、この表は次のように解釈されます。

• 表を下に行くほど、 E ° はより正になり、左側の種が還元される可能性が高くなります。たとえば、亜鉛イオンが亜鉛金属に還元される可能性は、ナトリウムイオンがナトリウム金属に還元される可能性よりも高くなります。
• 表の上に行くほど、 E ° はより負になり、右側の種が酸化される可能性が高くなります。たとえば、金属ナトリウムがナトリウムイオンに酸化される可能性は、金属亜鉛が亜鉛イオンに酸化される可能性よりも高くなります。

ネルンストの式を使用すると、特定のイオン濃度、温度、および関与する電子の数に対する電極電位を計算できます。純水 ( pH  7) の場合:

• 水素を生成する還元の電極電位は-0.41 Vであり、
• 酸素を生成する酸化の電極電位は +0.82 V です。

同様の方法で計算された比較可能な数値は、1 M臭化亜鉛（ZnBr ₂）の場合、Zn金属への還元では-0.76 V、臭素を生成する酸化では+1.10 Vです。これらの数値から、水の電気分解により、陰極で水素が、陽極で酸素が生成されるべきであるという結論が導き出されますが、これは亜鉛金属が析出して臭素が生成されるという実験的観察とは矛盾しています。^[33] この説明は、これらの計算された電位は熱力学的に好ましい反応を示しているだけであるというものです。実際には、関与する反応ステップのいくつかの速度論など、他の多くの要因を考慮する必要があります。これらの要因を合わせると、水の還元と酸化には予測よりも高い電位が必要になることを意味し、これらは過電位と呼ばれます。実験的には、過電位はセルの設計と電極の性質に依存することが知られています。

中性（pH 7）塩化ナトリウム溶液の電気分解では、ナトリウムイオンの還元は熱力学的に非常に困難であり、水が還元されて水素が発生し、溶液中に水酸化物イオンが残ります。陽極では、塩化物から塩素への酸化の過電圧が水から酸素への酸化の過電圧よりも低いため、水の酸化ではなく塩素の酸化が観察されます。水酸化物イオンと溶解した塩素ガスがさらに反応して次亜塩素酸が形成されます。このプロセスから得られる水溶液は電解水と呼ばれ、消毒剤や洗浄剤として使用されます。

CO2_の電気化学的還元または電気触媒変換により、メタン、エチレン、エタノールなどの付加価値化学物質を生産することができます。 ^{[34] [35] [36]二酸化炭素の電気分解では、ギ酸または一酸化炭素が生成されますが、}エチレンなどのより複雑な有機化合物が生成されることもあります。^[37] この技術は、有機化合物へのカーボンニュートラルなルートとして研究されています。^{[38] [39]}

水の電気分解により、水素と酸素がそれぞれ 2 対 1 の比率で生成されます。

2 H ₂ O (l) → 2 H ₂ (g) + O ₂ (g) E ° = +1.229 V 

水電気分解のエネルギー効率は大きく異なります。電解装置の効率は、入力電気エネルギーと比較した、水素（酸素との燃焼またはその他の後続反応を受ける）に含まれるエンタルピーの測定値です。水素の熱/エンタルピー値は、科学および工学のテキストで 144 MJ/kg (40 kWh/kg) としてよく公開されています。燃料電池（電解装置ではない）は、この熱/エンタルピーのすべてを利用できないため、両方のタイプの技術の効率値を計算するときに混乱が生じます。反応では、一部のエネルギーが熱として失われます。一部のレポートでは、アルカリ電解装置（50 kWh/kg）の効率は 50% から 70% であるとされていますが、 ^[40]ポリマー電解質膜電解と触媒技術を使用すると、95% などのより高い実用的な効率が得られます。^{[41] [42]}

国立再生可能エネルギー研究所は2006年に、風力発電による電気分解で1kgの水素（エネルギー換算で石油3kg、4リットルに相当）を短期的には5.55ドル、長期的には2.27ドルで生産できると推定した。^[43]

世界中で生産される水素ガスの約 4% は電気分解によって生成され、通常は現場で使用されます。水素は、ハーバー法による肥料用のアンモニアの生成や、水素化分解による重質石油源の軽質留分への変換に使用されます。現場での電気分解は、水素自動車の水素燃料電池用の水素を回収するために利用されてきました。

最近、エネルギー入力を減らすために、炭素（石炭）、アルコール（炭化水素溶液）、有機溶液（グリセロール、ギ酸、エチレングリコールなど）と水の共電気分解を利用することが実行可能な選択肢として提案されている。^{[44] [45]}水素生成のための炭素/炭化水素支援水電気分解（いわゆるCAWE）プロセスは、単一の電気化学リアクターでこの操作を実行します。 このシステムのエネルギーバランスは、約40％の電気入力のみを必要とし、60％は炭素または炭化水素の化学エネルギーから得られます。^[46]このプロセスは、スラリーの形で酸/アルカリ電解質に分散した固体の石炭/炭素粒子または粉末を燃料として使用し、炭素含有源は、次の理論的な全体反応として電気分解プロセスを共補助します。^[47]

炭素/石炭スラリー (C + 2H ₂ O) → CO ₂ + 2H ₂ E ′ = 0.21 V (可逆電圧) / E ′ = 0.46 V (熱中性電圧) 

または

炭素/石炭スラリー（C + H ₂ O）→ CO + H ₂ E ′ = 0.52 V（可逆電圧）/ E ′ = 0.91 V（熱中性電圧） 

したがって、この CAWE アプローチでは、従来の水電気分解の 1.5 V と比較して、実際のセル過電圧を 1.0 V 未満に大幅に低減できます。

電気分解の特殊な応用として、その場で生成された酸化種または還元種から電極の1つ上に導電性結晶を成長させるというものがあります。この技術は、電荷移動塩や直鎖化合物などの低次元電気伝導体の単結晶を得るために使用されています。^{[48] [49]}

鉄鉱石から鉄鋼を生産する現在の方法は、高炉でCO2が直接放出されることもあって、炭素集約型です。ドイツでの鉄鋼製造に関する研究によると、1トンの鉄鋼を生産すると2.1トンのCO2eが排出され_、そのうち22 _％が高炉からの直接排出でした。^[50] 2022年現在、鉄鋼生産は世界の排出量の7～9％を占めています。^[51]鉄の電気分解は直接排出を排除し、電力がグリーンエネルギーから生成される場合は排出量をさらに削減できます。

鉄の小規模電気分解は、溶融酸化物塩に溶解し、白金陽極を使用することで成功したと報告されています。^[52]酸素陰イオンは陽極で酸素ガスと電子を形成します。鉄陽イオンは電子を消費し、陰極で鉄金属を形成します。この方法は、反応を維持するのに非常に難しい1550℃の温度で実行されました。特に、これらの温度では陽極の腐食が懸念されます。

さらに、アルカリ水に溶解することによる酸化鉄の低温還元が報告されている。^[53]この温度は114℃で、従来の鉄生産よりもはるかに低い。低温はまた、より高い電流効率と相関する傾向があり、95％の効率が報告されている。これらの方法は有望ではあるが、規模の経済性が大きいため高炉鉄の価格が低く抑えられており、コスト競争力が弱い。

2020年の研究では、海水の直接電気分解、アルカリ電気分解、プロトン交換膜電気分解、固体酸化物電気分解が調査されました。^[54]海水の直接電気分解は既知のプロセスに従い、海水が電解質として作用する電気分解セルを形成し、陽極での反応、2 Cl ⁻ (aq) → Cl ₂ (g) + 2e ⁻と陰極での反応、2 H ₂ O(l) + 2 e ⁻ → H ₂ (g) + 2OH ⁻ (aq)が可能になります。海水中にマグネシウムイオンとカルシウムイオンが含まれると、アルカリ水酸化物の生成が可能になり、電解セルにスケールを形成し、寿命を縮め、メンテナンスの必要性が高まります。アルカリ電解装置は、陽極で2 OH ⁻ (aq) → 1/ ₂ O ₂ (g) + H ₂ O(l) + 2 e ⁻、陰極で2 H ₂ O(l) + 2 e ⁻ → H ₂ (g) + 2 OH ⁻ (aq)という反応を起こし、高塩基溶液を電解質として使用し、60～90 °C (140～194 °F) で動作し、ガス相の水素と酸素を分離しておくために追加のセパレーターが必要です。電解質は簡単に汚染されますが、アルカリ電解装置は圧力をかけた状態で動作できるため、エネルギー消費を改善できます。電極は安価な材料で作ることができ、設計に高価な触媒は必要ありません。プロトン交換膜電解装置は、陽極でH ₂ O(l) → 1/ ₂ O ₂ (g) + 2 H ⁺ (aq) + 2 e ⁻、陰極で2 H ⁺ (aq) + 2 e ⁻ → H ₂ (g)の反応で作動する。 、60～80 °C（140～176 °F）の温度で、固体ポリマー電解質を使用し、固体電解質が電極に均一に接触するようにするための処理コストが高くなります。アルカリ電解装置と同様に、プロトン交換膜電解装置は高圧で動作できるため、その後の水素ガスの圧縮に必要なエネルギーコストを削減できますが、プロトン交換膜電解装置は、電力要件または需要の変化に対する応答時間が速く、メンテナンスが不要という利点もありますが、固有の劣化速度が速く、水中の不純物に対して最も脆弱です。固体酸化物電解装置は、反応Oを実行します。−2(g) → 1/ ₂ O ₂ (g) + 2 e ⁻陽極ではH ₂ O(g) + 2 e ⁻ → H ₂ (g) + O−2(g)陰極で。固体酸化物形電解装置は、作動時に高温 (700～1,000 °C (1,292～1,832 °F)) を必要とし、過熱蒸気を生成します。電源を切ると劣化するため、柔軟性の低い水素生成技術となります。経済的な運用コストを最優先し、環境基準と社会基準を同数ずつ考慮した一連の多基準意思決定分析比較では、プロトン交換膜電解装置が最も適切な値の組み合わせ (投資コスト、保守・運用コスト、不純物耐性、海上での水素製造の比エネルギー、環境影響リスクなど) を提供し、次にアルカリ電解装置が続き、アルカリ電解装置は最も経済的に実現可能ですが、プロトン交換膜で使用される固体ポリマーとは異なり、塩基性電解質溶液が必要なため、安全性と環境問題の点でより危険であることがわかりました。多基準意思決定分析で実施される方法により、さまざまな要因に非客観的な重みが適用されるため、パフォーマンスの結論に対するバイアスの影響を最小限に抑える方法で電解装置を検査するために、複数の意思決定分析方法を同時に実行しました。

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