منبع: sec.ucf.edu
استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن می تواند توسط دو فرآیند انجام شود: الکترولیز آب با استفاده از برق تولید شده توسط خورشید و شکافت مستقیم خورشید. هنگام بررسی برق تولید شده توسط خورشید ، تقریباً همه در مورد الکترولیز PV صحبت می کنند. روند کار می کند. در حقیقت ، این اولین بار در سال 1983 در مرکز انرژی خورشیدی فلوریدا با بودجه از طریق مرکز فضایی کندی ناسا به نمایش درآمد. اگرچه از نظر فنی امکان پذیر است ، اما هنوز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. علاوه بر هزینه ، این س ofال وجود دارد که چرا باید از برق ، یک حامل انرژی بسیار کارآمد ، برای تولید هیدروژن ، حامل انرژی دیگر ، و سپس تبدیل مجدد آن به برق برای استفاده استفاده کرد؟ به عبارت دیگر ، الکتریسیته به اندازه الکتریسیته ، مطلوب ترین حامل انرژی ما ، ارزشمند است ، به همین دلیل ممکن است نخواهیم از آن برای موارد دیگری استفاده کنیم. این امر به ویژه اگر برق از فتوولتائیک ساخته شود ، بیشتر صدق می کند. PV به عنوان منبع انرژی با حداکثر بار تهویه مطبوع برنامه های کاربردی کشور&# 39 مطابقت دارد. استفاده از الکتریسیته PV به عنوان برق بسیار بهتر است زیرا استفاده از آن در غیر اینصورت زیان آور است.
چه زمانی تولید هیدروژن از برق تولید شده توسط خورشید منطقی خواهد بود؟ پاسخ این است که ما می خواهیم هیدروژن را هر زمان که نمی توان از برق استفاده کرد - در مناطق دور افتاده و در طی تغییرات فصلی - استفاده کرد. هیدروژن حاصل از باد ، هیدرولیک ، زمین گرمایی یا هر شکل دیگر از الکتریسیته خورشیدی زمانی ارزشمند است که منبع با مشخصات بار شبکه برق مطابقت نداشته باشد.
اگر برق خورشیدی از طریق پیل سوختی الکترولیز PV منطقی نباشد ، هیدروژن PV-الکترولیتی چه می توان گفت؟ در حقیقت ، بیشتر بحث در مورد الکترولیز PV مربوط به تولید هیدروژن برای استفاده به عنوان سوخت خودرو است. باز هم به نظر می رسد این سناریو قابل اجرا نیست. مورد ایستگاه سوخت رسانی هیدروژن را در نظر بگیرید که روزانه 1000 گالن بنزین ، تقریباً نیمی از میانگین کشور را توزیع می کند. توجه داشته باشید که یک گالن بنزین تقریباً همان مقدار انرژی را دارد که در یک کیلوگرم (کیلوگرم) هیدروژن دارد. بنابراین ، یک ایستگاه سوخت حدوداً 1000 کیلوگرم هیدروژن در روز نیاز دارد. با استفاده از مقدار حرارت پایین هیدروژن ، انرژی الکتریکی مورد نیاز برای تولید یک کیلوگرم هیدروژن 51 کیلووات ساعت است (با استفاده از بازده الکترولیزر 65). این بدان معناست که 1000 کیلوگرم در روز هیدروژن به 51000 کیلووات ساعت در روز برق نیاز دارد. مقدار PV مورد نیاز برای تأمین 51000 کیلووات ساعت را می توان با تقسیم کیلووات ساعت بر 5 ساعت در روز تخمین زد. بنابراین ، 10200 کیلووات بر ساعت یا 10.2 مگاوات توان PV برای کار با یک ایستگاه سوخت رسانی هیدروژن 1000 کیلوگرم در روز مورد نیاز است. توجه داشته باشید که 1 کیلووات بر ساعت برای داشتن PV با کارایی 10٪ تقریباً به 10 متر مربع مساحت نیاز دارد.
دسته دوم ، تقسیم مستقیم آب خورشیدی ، به هر فرآیندی گفته می شود که در آن انرژی خورشید مستقیماً برای تولید هیدروژن از آب بدون گذر از مرحله الکترولیز میانی مورد استفاده قرار می گیرد. مثالها عبارتند از:
تقسیم آب فوتوالکتروشیمیایی - در این روش از الکترودهای نیمه رسانا در یک سلول فوتوالکتروشیمیایی برای تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی هیدروژن استفاده می شود. اساساً دو نوع سیستم فوتوالکتروشیمیایی وجود دارد - یکی با استفاده از نیمه رساناها یا رنگها و دیگری با استفاده از کمپلکسهای فلزی محلول.
فوتوبیولوژیک - اینها شامل تولید هیدروژن از سیستم های بیولوژیکی با استفاده از نور خورشید است. جلبک ها و باکتری های خاصی می توانند در شرایط مناسب هیدروژن تولید کنند. رنگدانه های موجود در جلبک ها انرژی خورشید را جذب می کنند و آنزیم های موجود در سلول به عنوان کاتالیزور آب را به مواد تشکیل دهنده هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کنند.
چرخه های ترموشیمیایی با درجه حرارت بالا - این چرخه ها از گرمای خورشید برای تولید هیدروژن با تقسیم آب با استفاده از مراحل ترموشیمیایی استفاده می کنند.
گاززدایی زیست توده - این از گرما برای تبدیل زیست توده به یک گاز مصنوعی غنی از هیدروژن استفاده می کند.
فرآیندهای فوتوالکتروشیمیایی و فوتوبیولوژیکی فرآیندهایی هستند که باید برای تأمین نیازهای انرژی درازمدت ساخته شوند. امروزه سیستم های [39]&کمتر از 1 درصد کارآیی دارند (خورشیدی تا هیدروژنی) و برای صرفه اقتصادی باید به بازدهی بسیار بالاتری برسند. همچنین ، هیچ نصب بزرگی از هر دو فناوری وجود ندارد.
چرخه های ترموشیمیایی با درجه حرارت بالا می توانند به بازدهی عالی (بیش از 40 درصد) برسند ، اما آنها باید از گیرنده / راکتورهای خورشیدی غلیظ که قادر به رسیدن به دمای بیش از 800 درجه سانتی گراد هستند استفاده کنند. تنوع زیادی از چرخه های ترموشیمیایی وجود دارد که مورد مطالعه قرار گرفته اند. (مراجعه به تولید هیدروژن توسط چرخه های تقسیم آب ترموشیمیایی خورشیدی).
گاززدایی زیست توده از گرما برای تبدیل زیست توده (چوب ، علف ها یا ضایعات کشاورزی) به یک گاز مصنوعی استفاده می کند. ترکیب گازها به نوع ماده اولیه ، وجود اکسیژن ، دمای واکنش و سایر پارامترها بستگی دارد. گاز دهنده های زیست توده به عنوان راکتورهای بستر ثابت ، بستر سیال و بسترهای خاکی ساخته شده اند.
