Джерело: sec.ucf.edu
Використання сонячної енергії для отримання водню може проводитися двома процесами: електроліз води з використанням сонячної енергії та пряме сонячне розщеплення води. Розглядаючи електроенергію, генеровану на сонці, майже всі говорять про PV-електроліз. Процес працює. Насправді, вперше він був продемонстрований у Флоридському центрі сонячної енергії у 1983 році за фінансування через Космічний центр NASA імені Кеннеді. Хоча це технологічно здійсненно, він поки що економічно не життєздатний. Окрім вартості, виникає питання, чому використовувати електроенергію, дуже ефективний енергоносій, для отримання водню, іншого енергоносія, а потім знову перетворювати його в електроенергію для використання? Іншими словами, електрика настільки цінна, як електрика, наш найбажаніший носій енергії, що ми можемо не хотіти використовувати її ні для чого іншого, крім цього. Це особливо актуально, якщо електроенергія виготовляється з фотоелектрики. Фотоелектрична енергія як джерело енергії відповідає піковому навантаженню кондиціонерами комунальних служб країни' Набагато краще використовувати PV-електроенергію як електроенергію, оскільки використовувати її в іншому випадку занадто марно.
Коли буде сенс отримувати водень із сонячної електроенергії? Відповідь полягає в тому, що ми хочемо робити водень у будь-який час, коли електроенергія не може бути використана - пік у віддалених районах та під час сезонних змін. Водень від вітру, гідроенергії, геотермальної енергії або будь-якої іншої форми сонячної енергії є цінним, коли ресурс не відповідає профілю навантаження електричної мережі.
Якщо сонячна електроенергія через PV-електроліз-паливний елемент не має сенсу, як щодо PV-електролітичного водню? Насправді, більшість дискусій про PV-електроліз стосуються виробництва водню для використання в якості автомобільного палива. Знову ж таки, цей сценарій не здається життєздатним. Розглянемо випадок, коли заправна станція для водню видає 1000 галонів бензину на день - приблизно половину середнього показника по країні. Зверніть увагу, що один галон бензину містить приблизно таку ж кількість енергії, як і один кілограм (кг) водню. Таким чином, заправна станція потребуватиме близько 1000 кг водню на день. Використовуючи нижчу теплову величину водню, електрична енергія, необхідна для утворення одного кг водню, становить 51 кВт-год (з використанням ефективності електролізера 65%). Це означає, що 1000 кг / день водню потребуватиме 51000 кВт-год на день електроенергії. Кількість фотоелектричної енергії, необхідної для постачання 51000 кВт-год, можна оцінити, поділивши кВт-год на 5 годин / день. Таким чином, для роботи станції заправки воднем 1000 кг / добу знадобиться 10 200 кВт / год або 10,2 мегават фотоелектричної енергії. Зверніть увагу, що на 1 кВт / год потрібно приблизно 10 квадратних метрів площі для фотоелектричної енергії з ефективністю 10%.
Друга категорія, пряме сонячне розщеплення води, відноситься до будь-якого процесу, в якому сонячна енергія безпосередньо використовується для отримання водню з води без проходження проміжного етапу електролізу. Приклади включають:
фотоелектрохімічне розщеплення води - ця техніка використовує напівпровідникові електроди у фотоелектрохімічній комірці для перетворення світлової енергії в хімічну енергію водню. По суті, існує два типи фотоелектрохімічних систем - одна, що використовує напівпровідники або барвники, а інша - із розчиненими комплексами металів.
фотобіологічні - вони передбачають вироблення водню з біологічних систем за допомогою сонячного світла. Деякі водорості та бактерії можуть виробляти водень у відповідних умовах. Пігменти в водоростях поглинають сонячну енергію, а ферменти в клітині діють як каталізатори для розщеплення води на складові водню та кисню.
високотемпературні термохімічні цикли - ці цикли використовують сонячне тепло для отримання водню шляхом розщеплення води за допомогою термохімічних етапів.
газифікація біомаси - це використовує тепло для перетворення біомаси в синтетичний газ, багатий воднем.
Фотоелектрохімічні та фотобіологічні процеси - це ті, які необхідно розвивати, щоб задовольнити довгострокові потреби в енергії. Сьогодні системи' ефективніше ніж на 1 відсоток (від сонця до водню), і вони повинні досягти набагато вищої ефективності, щоб бути економічними. Крім того, не існує масштабних установок жодної з технологій.
Високотемпературні термохімічні цикли можуть досягати чудової ефективності (більше 40 відсотків), але вони повинні використовувати концентровані сонячні приймачі / реактори, здатні досягати температур, що перевищують 800 ° C. Існує велика різноманітність термохімічних циклів, які були вивчені. (Див. Виробництво водню за допомогою сонячних термохімічних циклів розщеплення води).
Газифікація біомаси використовує тепло для перетворення біомаси (деревини, трав або сільськогосподарських відходів) на синтетичний газ. Склад газів залежить від типу вихідної сировини, наявності кисню, температури реакції та інших параметрів. Газифікатори біомаси були розроблені як реактори з нерухомим шаром, з псевдозрідженим шаром та із заглибленим шаром.