Получение водорода с помощью солнечной энергии, кислорода и тепла в качестве бонуса

Водород – полезный газ. Хотите ли вы запустить дирижабль, заправить грузовик или нагреть промышленный процесс, водород справится с этой задачей. Однако его производство в настоящее время является сложной проблемой. Хотя его можно производить экологически чистым способом с использованием возобновляемых источников энергии, зачастую гораздо дешевле выделить его из углеводородного топлива с помощью процессов, которые приводят к значительному загрязнению.

Однако существуют методы более эффективного производства водорода в чистом и устойчивом процессе. это также производит полезное тепло и кислород в качестве побочных продуктов. Ключ к процессу? Концентрированный солнечный свет.

Водород рекламируется как чистое топливо будущего, поскольку его можно сжигать или использовать для производства электроэнергии с минимальными выбросами или вообще без них. Его рекламируют как потенциальное топливо для автомобилей, грузовиков, поездов, самолетов и даже строительной техники. Однако, хотя сам водород чист, его производство часто не так. Идет гонка за поиск чистого метода производства водорода в больших масштабах, при этом исследователи исследуют все: от наночастиц до продвинутых пиролитических процессов. Всякий раз, когда вы слышите, как люди говорят о «зеленом водороде», они имеют в виду именно это: водород, производимый без каких-либо неприятных выбросов парниковых газов.

С целью производства исключительно чистого водорода. Исследователи продемонстрировали пилотную установку мощностью в киловатт, использующую технологию солнечного гидролиза, согласно статье, опубликованной в журнале Nature. Система работает на городской водопроводной воде, которая проходит через несколько фильтров твердых частиц и деионизаторов для подготовки ее к использованию в реакторе. Внутри реактора деионизированная вода нагревается светом, улавливаемым параболической зеркальной тарелкой диаметром 7 метров, которая действует как концентратор для максимизации солнечной энергии, поступающей в реактор. Этот свет не только нагревает воду, но и достигает фотоэлектрической панели, которая обеспечивает энергию для работы электролизной ячейки PEM, которая фактически расщепляет воду на водород и кислород.

Ключом к системе является двойное назначение поступления солнечной энергии. Самая основная идея состоит в том, чтобы просто использовать солнечную энергию фотоэлектрической системы для питания электролизера PEM. Однако в этом случае солнечная энергия также используется для нагрева воды, что значительно повышает эффективность электрохимического процесса.

Целостный подход также максимизирует экономическую ценность, создаваемую системой. Отходящее тепло системы улавливается теплообменником, где его можно использовать для различных целей внешнего обогрева. Кроме того, система производит не только водород, но и кислород. Хотя он не может быть использован непосредственно в качестве топлива, он по-прежнему полезен для широкого спектра промышленных и медицинских применений.

Пилотная установка производит около полукилограмма водорода в день. Этого достаточно, чтобы обеспечить энергией один водородный автомобиль для европейца с довольно средним годовым пробегом. Альтернативно, такая установка могла бы обеспечить примерно половину потребности в электроэнергии и более половины годовой потребности в тепле среднего швейцарского домохозяйства. На самом деле, однако, в этом случае прямая фотоэлектрическая солнечная энергия была бы намного проще.

Уже существуют планы построить более крупную систему мощностью в несколько сотен киловатт, которая будет производить водород для использования на швейцарском заводе по производству металлов. Он также будет поставлять кислород для медицинских целей и поставлять горячую воду для использования на заводе.

Кстати, если вы заинтересованы в разработке собственной подобной системы, помощь всегда под рукой. Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) выпустила инструмент оптимизации солнечных фотоэлектрохимических устройств, сокращенно SPECDO. По сути, это веб-страница, полная калькуляторов, которые определяют параметры производительности конкретного солнечного генератора водорода. Однако вам придется проявить изрядную изобретательность и найти способ найти эффективный электролизер PEM для вашей конструкции.

Если водород действительно станет основным топливом будущего, ключевым моментом станут солнечные фотохимические процессы для его эффективного производства. Нет смысла тратить огромные суммы денег на перевод транспорта и промышленности на водородное топливо, если мы, в конце концов, производим его таким образом, что все равно возникают выбросы парниковых газов. В то же время это исследование показывает, что водород по-прежнему не является панацеей для решения всех наших проблем. Чтобы получить более чистое топливо, чем топливо, которое оно призвано заменить, требуются значительные инженерные разработки и мастерство.