Avots: sec.ucf.edu
Saules enerģijas izmantošanu ūdeņraža ražošanai var veikt ar diviem procesiem: ūdens elektrolīzi, izmantojot saules ģenerēto elektrību, un tiešu saules ūdens sadalīšanu. Apsverot saules enerģiju, gandrīz visi runā par PV-elektrolīzi. Process darbojas. Faktiski tas pirmo reizi tika parādīts Floridas Saules enerģijas centrā 1983. gadā, izmantojot NASA Kenedija kosmosa centra finansējumu. Lai arī tas ir tehnoloģiski izpildāms, tas vēl nav ekonomiski dzīvotspējīgs. Papildus izmaksām rodas jautājums, kāpēc izmantot elektrību, kas ir ļoti efektīvs enerģijas nesējs, ūdeņraža, cita enerģijas nesēja, ražošanai un pēc tam atkal pārveidot to par elektrību izmantošanai? Citiem vārdiem sakot, elektrība ir tik vērtīga kā elektrība, kas ir mūsu vēlamākais enerģijas nesējs, ka mēs, iespējams, nevēlamies to izmantot citam kā citam. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad elektrību ražo no fotoelementiem. PV kā enerģijas avots atbilst valsts komunālo pakalpojumu maksimālajai gaisa kondicionēšanas slodzei' Daudz labāk ir izmantot PV elektrību kā elektrību, jo ir pārāk izšķērdīgi to izmantot citādi.
Kad būs jēga ūdeņradi izgatavot no saules elektrības? Atbilde ir tāda, ka mēs vēlēsimies padarīt ūdeņradi jebkurā laikā, kad elektroenerģiju nevar izmantot - pie maksimuma attālos reģionos un sezonālu izmaiņu laikā. Ūdeņradis, kas rodas no vēja, hidroelektroenerģijas, ģeotermālā vai jebkura cita veida saules enerģijas, ir vērtīgs, ja resurss neatbilst elektrotīkla slodzes profilam.
Ja saules elektrībai, izmantojot PV-elektrolīzes-kurināmā elementu, nav jēgas, kā ir ar PV-elektrolītisko ūdeņradi? Patiesībā lielākā daļa diskusiju par PV-elektrolīzi attiecas uz ūdeņraža ražošanu izmantošanai kā automobiļu degvielu. Arī šis scenārijs, šķiet, nav dzīvotspējīgs. Apsveriet gadījumu, kad ūdeņraža degvielas uzpildes stacija dienā izlaiž 1000 galonu benzīna, kas ir aptuveni puse no vidējā valstī. Ņemiet vērā, ka vienā galonā benzīna ir gandrīz tāds pats enerģijas daudzums kā vienā kilogramā (kg) ūdeņraža. Tādējādi degvielas uzpildes stacijai dienā būs nepieciešams apmēram 1000 kg ūdeņraža. Izmantojot zemāko ūdeņraža sildīšanas vērtību, viena kg ūdeņraža iegūšanai nepieciešamā elektriskā enerģija ir 51 kWh (izmantojot elektrolizatora efektivitāti 65%). Tas nozīmē, ka 1000 kg ūdeņraža dienā būs nepieciešama 51 000 kWh elektrības dienā. 51 000 kWh piegādei nepieciešamo PV daudzumu var noteikt, dalot kWh ar 5 stundām / dienā. Tādējādi, lai darbinātu ūdeņraža degvielas uzpildes staciju 1000 kg dienā, būs nepieciešami 10 200 kWp vai 10,2 megavati PV enerģijas. Ņemiet vērā, ka 1 kWp ir nepieciešami aptuveni 10 kvadrātmetri PV ar 10% efektivitāti.
Otrā kategorija, tieša saules ūdens sadalīšana, attiecas uz jebkuru procesu, kurā saules enerģija tiek tieši izmantota ūdeņraža ražošanai no ūdens, neizlaižot starpposma elektrolīzes posmu. Piemēri:
fotoelektroķīmiskā ūdens sadalīšana - šī tehnika izmanto pusvadītājus elektrodus fotoelektroķīmiskajā šūnā, lai gaismas enerģiju pārveidotu par ūdeņraža ķīmisko enerģiju. Būtībā ir divu veidu fotoelektroķīmiskās sistēmas - vienā izmanto pusvadītājus vai krāsvielas, bet otrā - izšķīdušos metāla kompleksus.
fotobioloģiski - tie ietver ūdeņraža ražošanu no bioloģiskām sistēmām, izmantojot saules gaismu. Noteiktas aļģes un baktērijas piemērotos apstākļos var radīt ūdeņradi. Aļģēs esošie pigmenti absorbē saules enerģiju, un šūnas fermenti darbojas kā katalizatori, lai sadalītu ūdeni tā ūdeņraža un skābekļa sastāvdaļās.
augstas temperatūras termoķīmiskie cikli - šie cikli izmanto saules siltumu, lai ražotu ūdeņradi, sadalot ūdeni, izmantojot termoķīmiskās darbības.
biomasas gazifikācija - tas izmanto siltumu, lai pārveidotu biomasu par sintētisku gāzi, kas bagāta ar ūdeņradi.
Fotoelektroķīmiskie un fotobioloģiskie procesi ir tie, kas jāattīsta, lai apmierinātu ilgtermiņa enerģijas prasības. Mūsdienās' sistēmu efektivitāte ir mazāka par 1 procentu (no saules līdz ūdeņradim), un tām ir jāsasniedz daudz augstāka efektivitāte, lai tās būtu ekonomiskas. Turklāt nav nevienas tehnoloģijas plaša mēroga instalācijas.
Augstas temperatūras termoķīmiskie cikli var sasniegt lielisku efektivitāti (vairāk nekā par 40 procentiem), taču tiem jāizmanto koncentrēti saules uztvērēji / reaktori, kas spēj sasniegt temperatūru, kas pārsniedz 800 ° C. Ir daudz dažādu termoķīmisko ciklu, kas ir pētīti. (Skat. Ūdeņraža ražošana, izmantojot saules termoķīmiskos ūdens sadalīšanas ciklus).
Biomasas gazifikācijā izmanto siltumu, lai biomasu (koksni, zāles vai lauksaimniecības atkritumus) pārveidotu par sintētisku gāzi. Gāzu sastāvs ir atkarīgs no izejvielu veida, skābekļa klātbūtnes, reakcijas temperatūras un citiem parametriem. Biomasas gazifikatori ir izstrādāti kā fiksētās, plūstošās un ieslodzītās gultnes reaktori.
