Zdroj: sec.ucf.edu
Využitie slnečnej energie na výrobu vodíka sa môže uskutočniť dvoma procesmi: elektrolýzou vody pomocou elektriny vyrobenej zo slnka a priamym štiepením solárnej vody. Keď uvažujeme o slnečnej energii, takmer každý hovorí o PV-elektrolýze. Proces funguje. V skutočnosti to bolo prvýkrát demonštrované vo Floridskom solárnom energetickom centre v roku 1983 za financovania prostredníctvom Kennedyho vesmírneho strediska NASA. Aj keď je to technologicky uskutočniteľné, zatiaľ to nie je ekonomicky životaschopné. Okrem nákladov existuje otázka, prečo používať elektrinu, veľmi efektívny nosič energie, na výrobu vodíka, iného nosiča energie, a potom ju opäť prevádzať späť na elektrinu na ďalšie použitie? Inými slovami, elektrina je taká cenná ako elektrina, náš najžiadanejší nosič energie, že ju možno nebudeme chcieť používať na nič iné. Platí to najmä vtedy, ak sa elektrina vyrába z fotovoltaiky. PV ako zdroj energie zodpovedá špičkovému zaťaženiu klimatizácie národných&# 39. Jeden je oveľa lepšie využívať FV elektrinu ako elektrinu, pretože je príliš nehospodárne ju inak využívať.
Kedy bude mať zmysel vyrábať vodík zo slnečnej elektriny? Odpoveďou je, že budeme chcieť vyrobiť vodík kedykoľvek, keď nebude možné použiť elektrinu - mimo špičku v odľahlých oblastiach a počas sezónnych výkyvov. Vodík z vetra, vodnej energie, geotermálnej energie alebo z akejkoľvek inej formy slnečnej elektriny je cenný, keď sa zdroj nezhoduje s profilom zaťaženia elektrickej siete.
Ak solárna elektrina cez PV-elektrolýzu-palivový článok nedáva zmysel, čo s PV-elektrolytickým vodíkom? V skutočnosti sa väčšina diskusií o PV-elektrolýze týka výroby vodíka na použitie ako automobilového paliva. Zdá sa, že tento scenár nie je životaschopný. Zvážte prípad čerpacej stanice na vodík, ktorá vydáva 1 000 galónov benzínu denne, čo je asi polovica celoštátneho priemeru. Všimnite si, že jeden galón benzínu obsahuje zhruba rovnaké množstvo energie ako jeden kilogram (kg) vodíka. Čerpacia stanica bude teda vyžadovať asi 1 000 kg vodíka denne. Pri použití nižšej výhrevnej hodnoty vodíka je elektrická energia potrebná na výrobu jedného kg vodíka 51 kWh (pri použití účinnosti elektrolyzéra 65%). To znamená, že 1 000 kg vodíka za deň si bude vyžadovať 51 000 kWh elektriny za deň. Množstvo PV potrebné na dodanie 51 000 kWh možno odhadnúť vydelením kWh 5 hodinami denne. Na prevádzku vodíkovej čerpacej stanice s hmotnosťou 1 000 kg / deň bude teda potrebných 10 200 kWp alebo 10,2 megawattov FV energie. Upozorňujeme, že 1 kWp vyžaduje plochu asi 10 metrov štvorcových pre FVE s 10% účinnosťou.
Druhá kategória, priame štiepenie slnečnej vody, sa vzťahuje na akýkoľvek proces, pri ktorom sa slnečná energia priamo používa na výrobu vodíka z vody bez toho, aby prešla stredným stupňom elektrolýzy. Príklady zahŕňajú:
fotoelektrochemické štiepenie vody - táto technika využíva polovodivé elektródy vo fotoelektrochemickom článku na premenu svetelnej energie na chemickú energiu vodíka. V zásade existujú dva typy fotoelektrochemických systémov - jeden s použitím polovodičov alebo farbív a druhý s rozpustenými kovovými komplexmi.
fotobiologické - ide o tvorbu vodíka z biologických systémov pomocou slnečného žiarenia. Určité riasy a baktérie môžu za vhodných podmienok produkovať vodík. Pigmenty v riasach absorbujú slnečnú energiu a enzýmy v bunke pôsobia ako katalyzátory štiepenia vody na jej vodíkové a kyslíkové zložky.
vysokoteplotné termochemické cykly - tieto cykly využívajú slnečné teplo na výrobu vodíka štiepením vody pomocou termochemických krokov.
splyňovanie biomasy - toto využíva teplo na premenu biomasy na syntetický plyn bohatý na vodík.
Fotoelektrochemické a fotobiologické procesy sú procesy, ktoré je potrebné vyvinúť, aby sa splnili dlhodobé energetické požiadavky. Dnešné systémy&# 39 sú menej ako jedno percento účinné (solárne na vodík) a aby dosiahli hospodárnosť, musia dosiahnuť oveľa vyššiu účinnosť. Neexistujú žiadne rozsiahle inštalácie ani jednej z týchto technológií.
Vysokoteplotné termochemické cykly môžu dosahovať vynikajúce účinnosti (viac ako 40 percent), musia však používať koncentrovaný solárny prijímač / reaktory schopné dosiahnuť teploty presahujúce 800 ° C. Existuje veľké množstvo študovaných termochemických cyklov. (Pozri Výroba vodíka solárnymi termochemickými cyklami štiepenia vody).
Splyňovanie biomasy využíva teplo na zmenu biomasy (dreva, tráv alebo poľnohospodárskeho odpadu) na syntetický plyn. Zloženie plynov závisí od typu suroviny, prítomnosti kyslíka, teploty reakcie a ďalších parametrov. Splyňovače biomasy boli vyvinuté ako reaktory s pevným lôžkom, fluidným lôžkom a reaktormi s unášaným lôžkom.
