Källa: sec.ucf.edu
Användningen av solenergi för att producera väte kan ske genom två processer: vattenelektrolys med solgenererad elektricitet och direkt solvattenuppdelning. När man överväger solgenererad el talar nästan alla om PV-elektrolys. Processen fungerar. Faktum var att det först demonstrerades vid Florida Solar Energy Center 1983 under finansiering genom NASA Kennedy Space Center. Även om det är tekniskt genomförbart är det inte ekonomiskt lönsamt än. Förutom kostnad är det frågan om varför använda el, en mycket effektiv energibärare, för att generera väte, en annan energibärare och sedan konvertera den tillbaka till el igen för användning? Med andra ord är el så värdefull som el, vår mest önskvärda energibärare, att vi kanske inte vill använda den för något annat än det. Detta gäller särskilt om el tillverkas av solceller. PV som energikälla matchar luftkonditioneringens toppbelastning för landets&# 39: s verktyg. Man är mycket bättre med att använda solceller som el eftersom det är för slösaktigt att använda det annars.
När är det vettigt att skapa väte från solgenererad el? Svaret är att vi kommer att vilja göra vätgas närhelst el inte kan användas - lågtrafik i avlägsna områden och under säsongsvariationer. Vätgas från vind, vatten, geotermisk energi eller någon annan form av solgenererad el är värdefull när resursen inte matchar elnätets belastningsprofil.
Om solenergi via PV-elektrolys-bränslecell inte är vettigt, vad sägs om PV-elektrolytiskt väte? Faktum är att det mesta av diskussionen om PV-elektrolys avser väteproduktion för användning som bilbränsle. Återigen verkar detta scenario inte vara livskraftigt. Tänk på fallet med en vätgasdrivstation som avger 1000 liter bensin per dag, ungefär hälften av det nationella genomsnittet. Observera att en liter bensin innehåller ungefär samma mängd energi som i ett kilo (kg) väte. Således kommer en tankstation att kräva cirka 1 000 kg väte per dag. Med det lägre värmevärdet för väte är den elektriska energi som krävs för att generera ett kg väte 51 kWh (med en elektrolysverkningsgrad på 65%). Detta innebär att 1000 kg / dag vätgas kommer att kräva 51.000 kWh per dag el. Mängden solceller som behövs för att leverera 51.000 kWh kan uppskattas genom att dela kWh med 5 timmar / dag. Således kommer 10 200 kWp eller 10,2 megawatt PV-kraft att behövas för att driva en vätgasstation med 1000 kg / dag. Observera att 1 kWp kräver cirka 10 kvadratmeter yta för solceller med 10% effektivitet.
Den andra kategorin, direkt solvattenuppdelning, hänvisar till alla processer där solenergi används direkt för att producera väte från vatten utan att gå igenom det mellanliggande elektrolyssteget. Exempel inkluderar:
delning av fotoelektrokemiskt vatten - denna teknik använder halvledande elektroder i en fotoelektrokemisk cell för att omvandla ljusenergi till kemisk energi av vätgas. Det finns i huvudsak två typer av fotoelektrokemiska system - en som använder halvledare eller färgämnen och en annan som använder lösta metallkomplex.
fotobiologiska - dessa involverar alstring av väte från biologiska system som använder solljus. Vissa alger och bakterier kan producera väte under lämpliga förhållanden. Pigment i alger absorberar solenergi, och enzymer i cellen fungerar som katalysatorer för att dela upp vatten i dess väte- och syrebeståndsdelar.
termokemiska cykler med hög temperatur - dessa cykler använder solvärme för att producera väte genom vattenuppdelning med termokemiska steg.
biomassaförgasning - detta använder värme för att omvandla biomassa till en syntetisk gasrik väte.
De fotoelektrokemiska och fotobiologiska processerna är de som måste utvecklas för att möta de långsiktiga energikraven. Idag' s system är mindre än 1 procent effektiva (sol till väte) och de måste uppnå mycket högre effektivitet för att vara ekonomiska. Det finns inga stora installationer av någon av teknikerna.
Termokemiska cykler med hög temperatur kan uppnå utmärkta effektivitetsvinster (mer än 40 procent), men de måste använda koncentrerade solmottagare / reaktorer som kan nå temperaturer över 800 ° C. Det finns ett stort antal termokemiska cykler som har studerats. (SeProduktion av väte med soltermokemiska vattensplittningscykler).
Biomasseförgasning använder värme för att omvandla biomassa (trä, gräs eller jordbruksavfall) till en syntetisk gas. Gasens sammansättning beror på typen av råvara, närvaron av syre, reaktionstemperaturen och andra parametrar. Biomasseförgasare har utvecklats som reaktorer med fast bädd, fluidiserad bädd och medriven bädd.
