Sursa: sec.ucf.edu
Utilizarea energiei solare pentru a produce hidrogen poate fi efectuată prin două procese: electroliza apei utilizând electricitatea generată de solare și divizarea directă a apei solare. Când se ia în considerare energia electrică generată de energie solară, aproape toată lumea vorbește despre electroliza PV. Procesul funcționează. De fapt, a fost demonstrat pentru prima dată la Florida Solar Energy Center în 1983 sub finanțare prin intermediul Centrului Spațial Kennedy al NASA. Deși realizabil din punct de vedere tehnologic, nu este încă viabil din punct de vedere economic. Pe lângă costuri, există și întrebarea de ce să folosim electricitatea, un purtător de energie foarte eficient, pentru a genera hidrogen, un alt purtător de energie, și apoi să-l transformăm din nou în electricitate pentru utilizare? Cu alte cuvinte, electricitatea este atât de valoroasă ca electricitatea, cel mai de dorit purtător de energie al nostru, încât este posibil să nu dorim să o folosim pentru altceva decât pentru asta. Acest lucru este valabil mai ales dacă electricitatea este fabricată din fotovoltaic. PV ca sursă de energie se potrivește cu sarcina maximă de aer condiționat a utilităților naționale &. Unul este mult mai bine să folosești electricitate fotovoltaică ca electricitate, deoarece este prea risipitor să o folosești altfel.
Când va avea sens să producem hidrogen din electricitatea generată de energie solară? Răspunsul este că vom dori să producem hidrogen de fiecare dată când electricitatea nu poate fi utilizată - în vârf în zonele îndepărtate și în timpul variațiilor sezoniere. Hidrogenul din vânt, hidro, geotermal sau orice altă formă de electricitate generată de energie solară este valoros atunci când resursa nu se potrivește cu profilul de încărcare a rețelei electrice.
Dacă electricitatea solară prin PV-electroliză-celulă de combustibil nu are sens, ce-i cu hidrogenul PV-electrolitic? De fapt, cea mai mare parte a discuției despre electroliza PV se referă la producția de hidrogen pentru a fi utilizat ca combustibil auto. Din nou, acest scenariu nu pare a fi viabil. Luați în considerare cazul unei stații de alimentare cu hidrogen care distribuie 1.000 de litri de benzină pe zi, aproximativ jumătate din media națională. Rețineți că un galon de benzină conține cam aceeași cantitate de energie ca într-un kilogram (kg) de hidrogen. Astfel, o stație de alimentare va necesita aproximativ 1.000 kg de hidrogen pe zi. Folosind valoarea de încălzire mai mică a hidrogenului, energia electrică necesară pentru a genera un kg de hidrogen este de 51 kWh (folosind o eficiență a electrolizatorului de 65%). Aceasta înseamnă că 1.000 kg / zi de hidrogen vor necesita 51.000 kWh pe zi de energie electrică. Cantitatea de PV necesară pentru a furniza 51.000 kWh poate fi estimată împărțind kWh la 5 ore / zi. Astfel, vor fi necesari 10.200 kWp sau 10,2 megavati de energie fotovoltaica pentru operarea unei statii de alimentare cu hidrogen de 1000 kg / zi. Rețineți că 1 kWp necesită aproximativ 10 metri pătrați în suprafață pentru PV cu o eficiență de 10%.
A doua categorie, divizarea directă a apei solare, se referă la orice proces în care energia solară este utilizată direct pentru a produce hidrogen din apă fără a trece prin etapa intermediară de electroliză. Exemplele includ:
scindarea fotoelectrochimică a apei - această tehnică folosește electrozi semiconductori într-o celulă fotoelectrochimică pentru a converti energia luminii în energie chimică a hidrogenului. Există în esență două tipuri de sisteme fotoelectrochimice - unul care utilizează semiconductori sau coloranți și altul care utilizează complexe metalice dizolvate.
fotobiologice - acestea implică generarea de hidrogen din sistemele biologice folosind lumina soarelui. Anumite alge și bacterii pot produce hidrogen în condiții adecvate. Pigmenții din alge absorb energia solară, iar enzimele din celulă acționează ca catalizatori pentru a împărți apa în componentele sale de hidrogen și oxigen.
cicluri termochimice la temperatură ridicată - aceste cicluri utilizează căldura solară pentru a produce hidrogen prin împărțirea apei utilizând pași termochimici.
gazeificarea biomasei - aceasta folosește căldura pentru a transforma biomasa într-un gaz sintetic bogat în hidrogen.
Procesele fotoelectrochimice și fotobiologice sunt cele care trebuie dezvoltate pentru a satisface cerințele de energie pe termen lung. Astăzi sistemele&# 39 sunt eficiente cu mai puțin de 1% (de la sol la hidrogen) și trebuie să atingă o eficiență mult mai mare pentru a fi economice. De asemenea, nu există instalații la scară largă ale oricărei tehnologii.
Ciclurile termochimice la temperatură ridicată pot obține eficiențe excelente (mai mari de 40%), dar trebuie să utilizeze receptoare / reactoare solare concentrate capabile să atingă temperaturi care depășesc 800 ° C. Există o mare varietate de cicluri termochimice care au fost studiate. (A se vedea Producția de hidrogen prin cicluri solare termochimice de împărțire a apei).
Gazificarea biomasei folosește căldura pentru a transforma biomasa (lemn, ierburi sau deșeuri agricole) într-un gaz sintetic. Compoziția gazelor depinde de tipul materiei prime, de prezența oxigenului, de temperatura reacției și de alți parametri. Gazificatoarele de biomasă au fost dezvoltate ca reactoare cu pat fix, cu pat fluidizat și cu pat antrenat.
