Nguồn: sec.ucf.edu
Việc sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất hydro có thể được tiến hành bằng hai quá trình: điện phân nước sử dụng điện năng tạo ra từ năng lượng mặt trời và tách nước trực tiếp bằng năng lượng mặt trời. Khi xem xét điện năng được tạo ra từ năng lượng mặt trời, hầu hết mọi người đều nói về điện phân PV. Quá trình hoạt động. Trên thực tế, nó đã được chứng minh lần đầu tiên tại Trung tâm Năng lượng Mặt trời Florida vào năm 1983 dưới sự tài trợ của Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA. Mặc dù khả thi về mặt công nghệ, nhưng nó vẫn chưa hiệu quả về mặt kinh tế. Bên cạnh chi phí, có một câu hỏi đặt ra là tại sao lại sử dụng điện, một chất mang năng lượng rất hiệu quả, để tạo ra hydro, một chất mang năng lượng khác, rồi lại chuyển nó thành điện năng để sử dụng? Nói cách khác, điện có giá trị như điện năng, vật mang năng lượng mong muốn nhất của chúng ta, đến nỗi chúng ta có thể không muốn sử dụng nó cho bất cứ việc gì khác ngoài việc đó. Điều này đặc biệt đúng nếu điện được tạo ra từ quang điện. PV như một nguồn năng lượng phù hợp với tải cao điểm điều hòa không khí của các công ty' s quốc gia. Tốt hơn hết là nên sử dụng điện PV làm điện vì nếu không sử dụng thì quá lãng phí.
Khi nào thì việc tạo ra hydro từ điện năng lượng mặt trời sẽ có ý nghĩa? Câu trả lời là chúng ta sẽ muốn tạo ra hydro bất cứ lúc nào không thể sử dụng điện - ngoài giờ cao điểm ở các vùng sâu vùng xa, và trong thời gian thay đổi theo mùa. Hydro từ gió, thủy điện, địa nhiệt hoặc bất kỳ dạng điện nào khác được tạo ra từ năng lượng mặt trời đều có giá trị khi tài nguyên không khớp với hồ sơ phụ tải của lưới điện.
Nếu điện mặt trời thông qua PV-điện phân-pin nhiên liệu không có ý nghĩa, còn PV-điện phân hydro thì sao? Trên thực tế, hầu hết các cuộc thảo luận về điện phân PV liên quan đến việc sản xuất hydro để sử dụng làm nhiên liệu ô tô. Một lần nữa, kịch bản này dường như không khả thi. Hãy xem xét trường hợp của một trạm tiếp nhiên liệu hydro phân phối 1.000 gallon xăng mỗi ngày, bằng một nửa mức trung bình trên toàn quốc. Lưu ý rằng một gallon xăng chỉ chứa một lượng năng lượng tương đương với một kilogam (kg) hydro. Do đó, một trạm tiếp nhiên liệu sẽ cần khoảng 1.000 kg hydro mỗi ngày. Sử dụng giá trị đốt nóng thấp hơn của hydro, năng lượng điện cần thiết để tạo ra một kg hydro là 51 kWh (sử dụng hiệu suất của máy điện phân là 65%). Điều này có nghĩa là 1.000 kg hydro / ngày sẽ cần 51.000 kWh điện mỗi ngày. Lượng PV cần thiết để cung cấp 51.000 kWh có thể được ước tính bằng cách chia kWh cho 5 giờ / ngày. Do đó, 10.200 kWp hoặc 10,2 megawatt điện PV sẽ cần thiết để vận hành một trạm nhiên liệu hydro 1000 kg / ngày. Lưu ý rằng 1 kWp cần diện tích khoảng 10 mét vuông cho PV với hiệu suất 10%.
Loại thứ hai, tách nước trực tiếp bằng năng lượng mặt trời, đề cập đến bất kỳ quá trình nào trong đó năng lượng mặt trời được sử dụng trực tiếp để sản xuất hydro từ nước mà không qua bước điện phân trung gian. Những ví dụ bao gồm:
tách nước quang điện hóa - kỹ thuật này sử dụng các điện cực bán dẫn trong tế bào quang điện hóa để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học của hydro. Về cơ bản có hai loại hệ thống quang điện - một loại sử dụng chất bán dẫn hoặc thuốc nhuộm và một loại khác sử dụng phức kim loại hòa tan.
quang sinh học - chúng liên quan đến việc tạo ra hydro từ các hệ thống sinh học sử dụng ánh sáng mặt trời. Một số loại tảo và vi khuẩn có thể tạo ra hydro trong các điều kiện thích hợp. Các sắc tố trong tảo hấp thụ năng lượng mặt trời và các enzym trong tế bào hoạt động như chất xúc tác để phân tách nước thành các thành phần hydro và oxy của nó.
các chu trình nhiệt hóa nhiệt độ cao - các chu trình này sử dụng nhiệt mặt trời để sản xuất hydro bằng cách tách nước bằng các bước nhiệt hóa.
khí hóa sinh khối - phương pháp này sử dụng nhiệt để chuyển hóa sinh khối thành khí tổng hợp giàu hydro.
Quá trình quang điện hóa và quang sinh học là những quá trình phải được phát triển để đáp ứng các yêu cầu năng lượng lâu dài. Ngày nay, các hệ thống của&# 39 có hiệu suất thấp hơn 1% (năng lượng mặt trời thành hydro) và chúng cần đạt hiệu suất cao hơn nhiều để tiết kiệm. Ngoài ra, không có cài đặt quy mô lớn của cả hai công nghệ.
Các chu trình nhiệt hóa ở nhiệt độ cao có thể đạt được hiệu suất tuyệt vời (lớn hơn 40%), nhưng chúng phải sử dụng bộ thu / phản ứng năng lượng mặt trời tập trung có khả năng đạt nhiệt độ vượt quá 800º C. Có rất nhiều chu trình nhiệt hóa đã được nghiên cứu. (Xem Sản xuất hydro bằng chu trình tách nước nhiệt hóa bằng năng lượng mặt trời).
Khí hóa sinh khối sử dụng nhiệt để thay đổi sinh khối (gỗ, cỏ, hoặc chất thải nông nghiệp) thành khí tổng hợp. Thành phần của khí phụ thuộc vào loại nguyên liệu, sự hiện diện của oxy, nhiệt độ của phản ứng và các thông số khác. Các thiết bị khí hóa sinh khối đã được phát triển như các lò phản ứng tầng cố định, tầng sôi và tầng cuốn.