Источник: sec.ucf.edu
Использование солнечной энергии для производства водорода может проводиться двумя процессами: электролиз воды с использованием солнечной электроэнергии и прямого расщепления солнечной воды. При рассмотрении солнечной электроэнергии, почти все говорят о PV-электролиза. Процесс работает. В самом деле, он был впервые продемонстрирован во Флориде Солнечной энергии центра в 1983 году при финансировании через Космический центр Кеннеди НАСА. Хотя технологически это возможно, это еще не экономически жизнеспособным. Помимо стоимости, возникает вопрос о том, почему использовать электричество, очень эффективный энергоноситель, для производства водорода, другой энергоноситель, а затем преобразовать его обратно в электричество снова для использования? Другими словами, электричество настолько ценно, как электричество, наш самый желанный энергоноситель, что мы не хотим использовать его ни для чего, кроме этого. Это особенно верно, если электричество сделано из фотоэлектрических. . в качестве источника энергии соответствует кондиционирования воздуха пик нагрузки коммунальных предприятий страны. Один из них гораздо лучше использовать фотоэлектрические электричество в качестве электричества, поскольку это слишком расточительно, чтобы использовать его в противном случае.
Когда это будет иметь смысл, чтобы сделать водород из солнечной электроэнергии? Ответ: мы хотим, чтобы водород в любое время электричество не может быть использовано - от пика в отдаленных районах, и во время сезонных колебаний. Водород из ветра, гидро, геотермальной или любой другой формы солнечной электроэнергии ценен, когда ресурс не соответствует профилю нагрузки на электросети.
Если солнечная электроэнергия через PV-электролиз-топливный элемент не имеет смысла, как насчет П.-электролитического водорода? В самом деле, большая часть дискуссии о П.-электролиза касается производства водорода для использования в качестве автомобильного топлива. Опять же, этот сценарий не представляется жизнеспособным. Рассмотрим случай водородной заправочной станции, распределяющих 1000 галлонов бензина в день, что составляет около половины от среднего показателя по стране. Обратите внимание, что один галлон бензина содержит примерно такое же количество энергии, как в одном килограмме (кг) водорода. Таким образом, заправочная станция потребует около 1000 кг водорода в день. Используя более низкое нагревательное значение водорода, электрическая энергия, необходимая для генерации одного кг водорода, составляет 51 кВт/ч (с использованием электролизера эффективность 65%). Это означает, что 1000 кг/день водорода потребует 51 000 кВт/ч в день электроэнергии. Количество фотоэлектрических необходимых для поставки 51000 кВт-ч можно оценить путем деления кВт-ч на 5 часов в день. Таким образом, для эксплуатации водородной заправочной станции мощностью 1000 кг/сутки потребуется 10 200 кВт или 10,2 мегаваттА фотоэлектрической энергии. Обратите внимание, что 1 кВт требует около 10 квадратных метров в области для фотоэлектрических на 10% эффективности.
Вторая категория, прямое расщепление солнечной воды, относится к любому процессу, в котором солнечная энергия непосредственно используется для производства водорода из воды, не переходя через промежуточный этап электролиза. Примеры включают в себя:
фотоэлектрическое расщепление воды – этот метод использует полупроводящих электродов в фотоэлектрической клетке для преобразования световой энергии в химическую энергию водорода. По существу, существуют два типа фотоэлектрических систем: один с использованием полупроводников или красителей, а другой с использованием растворенных металлических комплексов.
фотобиологические - они включают в себя генерацию водорода из биологических систем с использованием солнечного света. Некоторые водоросли и бактерии могут производить водород в подходящих условиях. Пигменты в водорослях поглощают солнечную энергию, а ферменты в клетке выступают в качестве катализаторов для разделения воды на ее водородные и кислородные компоненты.
высокотемо температурные термохимические циклы – эти циклы используют солнечное тепло для производства водорода путем расщепления воды с помощью термохимических шагов.
газификация биомассы – это использование тепла для преобразования биомассы в синтетический газ, богатый водородом.
Фотоэлектрохимические и фотобиологические процессы – это процессы, которые необходимо развивать для удовлетворения долгосрочных потребностей в энергии. Современные системы являются менее чем на 1 процент эффективным (солнечный водород), и они должны достичь гораздо более высокой эффективности, чтобы быть экономичным. Кроме того, нет крупномасштабных установок любой из технологий.
Высокотемо температурные термохимические циклы могут достичь отличной эффективности (более 40 процентов), но они должны использовать концентрированный солнечный приемник/реакторы, способные достигать температуры свыше 800o C. Существует большое разнообразие изученных термохимических циклов. (См. Производство водорода с помощью солнечных термохимических циклов расщепления воды).
Газификация биомассы использует тепло для изменения биомассы (дерево, травы или сельскохозяйственные отходы) в синтетический газ. Состав газов зависит от типа сырья, наличия кислорода, температуры реакции и других параметров. Газоизоизоимулизируют биомассу были разработаны в качестве реакторов с фиксированными кроватями, жидкостным кроватью и венченными кроватями.
