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太阳能制氢技术

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太阳能制氢技术

  • 分类:科普知识
  • 作者:
  • 来源:网络
  • 发布时间:2019-01-29
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【概要描述】

太阳能制氢技术

【概要描述】

  • 分类:科普知识
  • 作者:
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常用的太阳能制氢技术主要有:太阳能电解水制氢、太阳能热分解水制氢、太阳能光化学分解水制氢、太阳能光电化学电池分解水制氢以及生物光合作用制氢等。>
1.太阳能电解水制氢 >
电解水制氢的研究比较早,生产工艺也已基本成熟,效率较高(75%~85%)。粗略计算可以表明这种技术具有的潜力:以每平方米大约 600 瓦的太阳光能来算,100 平方米这样系统可以在一个小时的日照下分离生成3千瓦时以氢气形式存储的能量。由于电解水制氢耗电成本过高,缺乏市场竞争力,目前电解水制氢工艺生产的氢气量只占全世界总制氢量的4%。另外,太阳能发电项目占地面积大、一次性投入多、投资回收期长、综合发电成本高也制约了太阳能发电与电解水制氢技术的推广及应用。然而越来越多的能源专家认为,随着可再生能源发电成本的迅速降低,其与电解水结合制氢的工艺有可能成为未来主要的制氢方式。>
 
2.太阳能热分解水制氢 >
水为氢氧化合的产物,储量丰富,价格低廉,是制取氢气最理想的原料。太阳能热分解制氢法主要分为直接热分解法和间接热分解法。其中,太阳能直接热分解水制氢法是将液态或气态的水加热到2727℃以上,水分子中的氢和氧即可分解,释放出氢气和氧气,经分离后获得氢气,制氢效率比较高。利用聚焦太阳能装置来加热水,可以大大降低该技术的实施成本,有利于推广应用。>
然而太阳能直接热分解水制氢面临的挑战有:>
(1)太阳能集热装置高温的获取;>
(2)高温反应器、产物分离及采集器件的材料问题;>
(3)反应器内部混合物直接分离技术的创新。>
太阳能间接热分解制氢法,亦称热化学循环法,通过在水中加入催化剂,降低水分解的所需温度。经典的一步法制氢途径主要有金属或金属氢化物与水或酸反应,如金属钠或氢化钙与水,锌与盐酸,精炼铁或低价铁氧化物与水蒸气反应等。这种方法虽然可以解决产物的分离问题,而且反应所需温度比直接热分解法要低,但是为了保证反应连续进行,对反应器材料要求也很高,一般都要求能承受2000K以上的高温。所以目前热化学循环法的主要研究方向,是寻找适合较低温度下分解的金属/金属氧化物体系。>
 
3.太阳能光化学分解水制氢 >
太阳能光化学分解水制氢需在水中加入一种或几种光敏性物质,作为引发剂或催化剂,增加对太阳光中长波光能的吸收,利用太阳能光化学反应制取氢气。近年来国际上有关高效光催化剂的研究非常活跃,并已经取得阶段性成果。日本研究人员曾设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢装置,每小时可制取氢气97L,效率可达10%左右。>
 
4.太阳能光电化学电池分解水制氢 >
利用太阳能直接分解水制氢是最具吸引力的可再生能源制取氢气的途径。自从1972年Fujishima和Honda报道:单晶电极上的光解水产氢现象以来,太阳能光电化学分解水制氢与随后发展起来的光催化分解水制氢已成为全世界关注的热点。太阳能光电化学电池分解水制氢,从技术上可一举三得,同时获得氢气、氧气和电能。但总体制氢效率低,且电池电极容易腐蚀,维护费用大,其工艺技术仍需进一步提高。>
所以光电化学分解水的研究方向应该集中在:>
(1)新型复合光电极的设计应与水的分解电位相匹配;>
(2)设计制备光响应范围宽、量子效率高及无需牺牲剂的新型光解水催化剂。>
 
5.生物光合作用制氢 >
利用生理代谢过程中能够产生分子氢的微生物制氢,能源消耗低、环境良好,可以充分利用各种废弃物,具有利废治污的功能,是一条重要的可再生能源制氢途径。目前已报道的产氢过程利用太阳能的微生物可归纳为三类,即真核藻类、蓝细菌和厌氧光营养细菌(光合细菌)。由于微生物在产氢的同时也会释放出氧气,而氧气不但能与氢重新结合形成水外,还是促进产氢的氢酶活性抑制剂,进而影响产氢速率。现阶段微生物制氢的效率比较低,要实现工程化制氢的目标,还有很多研发工作要做。>
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