Източник: sec.ucf.edu
Използването на слънчева енергия за производство на водород може да се проведе чрез два процеса: водна електролиза с помощта на генерирано от слънцето електричество и директно слънчево разделяне на водата. Когато разглеждаме генерираното от слънцето електричество, почти всички говорят за PV-електролиза. Процесът работи. Всъщност той е демонстриран за първи път във Флоридския център за слънчева енергия през 1983 г. с финансиране от Космическия център на Кенеди на НАСА. Макар и технологично осъществим, той все още не е икономически жизнеспособен. Освен разходите, възниква въпросът защо да използваме електричество, много ефективен енергиен носител, за да генерираме водород, друг енергиен носител, и след това да го преобразуваме обратно в електричество за използване? С други думи, електричеството е толкова ценно, колкото електричеството, най-желаният ни енергиен носител, че може да не искаме да го използваме за нищо друго освен това. Това е особено вярно, ако електричеството се произвежда от фотоволтаици. PV като енергиен източник отговаря на пиковото натоварване на климатизацията на комуналните услуги на нацията' Човек е много по-добре да използва PV енергия като електричество, тъй като е твърде разточително да го използва иначе.
Кога ще има смисъл да се произвежда водород от генерирана от слънцето електроенергия? Отговорът е, че ще искаме да направим водород всеки път, когато електричеството не може да бъде използвано - извън пика в отдалечени райони и по време на сезонни колебания. Водородът от вятър, хидро, геотермална или друга форма на генерирана от слънцето електроенергия е ценен, когато ресурсът не отговаря на профила на натоварване на електрическата мрежа.
Ако слънчевото електричество чрез PV-електролиза-горивна клетка няма смисъл, какво да кажем за PV-електролитен водород? Всъщност по-голямата част от дискусията за PV-електролизата се отнася до производството на водород за използване като автомобилно гориво. Отново този сценарий не изглежда жизнеспособен. Да разгледаме случая на станция за зареждане с водород, която раздава 1000 галона бензин на ден, около половината от средното за страната. Имайте предвид, че един галон бензин съдържа приблизително същото количество енергия, както в един килограм (кг) водород. По този начин една бензиностанция ще изисква около 1000 кг водород на ден. Използвайки по-ниската отоплителна стойност на водорода, електрическата енергия, необходима за генериране на един килограм водород, е 51 kWh (използвайки ефективност на електролизатора 65%). Това означава, че 1000 кг / ден водород ще изискват 51 000 кВтч на ден електроенергия. Количеството PV, необходимо за доставка на 51 000 kWh, може да бъде оценено чрез разделяне на kWh на 5 часа / ден. По този начин ще са необходими 10 200 kWp или 10,2 мегавата PV мощност за работа на станция за зареждане с водород от 1000 kg / ден. Имайте предвид, че 1 kWp изисква приблизително 10 квадратни метра площ за PV с 10% ефективност.
Втората категория, директно слънчево разделяне на вода, се отнася до всеки процес, при който слънчевата енергия се използва директно за производство на водород от вода, без да преминава през междинния етап на електролиза. Примерите включват:
фотоелектрохимично разделяне на водата - тази техника използва полупроводникови електроди във фотоелектрохимична клетка, за да преобразува светлинната енергия в химическа енергия на водорода. По същество има два вида фотоелектрохимични системи - една, използваща полупроводници или багрила, и друга, използваща разтворени метални комплекси.
фотобиологични - те включват генериране на водород от биологични системи, използващи слънчева светлина. Някои водорасли и бактерии могат да произвеждат водород при подходящи условия. Пигментите в водораслите абсорбират слънчевата енергия, а ензимите в клетката действат като катализатори за разделяне на водата на нейните водородни и кислородни съставки.
термохимични цикли с висока температура - тези цикли използват слънчева топлина, за да произвеждат водород чрез разделяне на водата с помощта на термохимични стъпки.
газификация на биомаса - това използва топлина, за да превърне биомасата в синтетичен газ, богат на водород.
Фотоелектрохимичните и фотобиологичните процеси са тези, които трябва да бъдат разработени, за да се отговори на дългосрочните енергийни нужди. Днес' s системите са по-малко от 1% ефективни (слънчеви към водород) и трябва да достигнат много по-висока ефективност, за да бъдат икономични. Освен това няма мащабни инсталации на нито една от двете технологии.
Високотемпературните термохимични цикли могат да постигнат отлична ефективност (по-голяма от 40 процента), но те трябва да използват концентриран слънчев приемник / реактори, способни да достигнат температури над 800 ° C. Съществуват голямо разнообразие от термохимични цикли, които са проучени. (Вж. Производство на водород чрез слънчеви термохимични цикли на разделяне на водата).
Газификацията на биомаса използва топлина, за да превърне биомасата (дървесина, треви или селскостопански отпадъци) в синтетичен газ. Съставът на газовете зависи от вида на суровината, наличието на кислород, температурата на реакцията и други параметри. Газификаторите за биомаса са разработени като реактори с неподвижен слой, кипящ слой и затворени слоеве.
