Zdroj: sec.ucf.edu
Využití sluneční energie k výrobě vodíku lze provádět dvěma procesy: vodní elektrolýzou využívající sluneční energii a přímým štěpením sluneční vody. Když uvažujeme o sluneční energii, téměř každý mluví o PV-elektrolýze. Proces funguje. Ve skutečnosti to bylo poprvé předvedeno v Centru solární energie na Floridě v roce 1983 za financování prostřednictvím Kennedyho vesmírného střediska NASA. Ačkoli je to technologicky proveditelné, není to dosud ekonomicky životaschopné. Kromě nákladů existuje otázka, proč používat elektřinu, velmi účinný nosič energie, k výrobě vodíku, dalšího nosiče energie, a poté jej znovu převést na elektřinu pro další použití? Jinými slovy, elektřina je tak cenná jako elektřina, náš nejžádanější nosič energie, že ji možná nebudeme chtít použít k ničemu jinému. To platí zejména v případě, že se elektřina vyrábí z fotovoltaiky. PV jako zdroj energie odpovídá špičkovému zatížení klimatizací národních' Jedním z nich je mnohem lepší využití fotovoltaické elektřiny jako elektřiny, protože je příliš nehospodárné ji používat jinak.
Kdy bude mít smysl vyrábět vodík ze sluneční energie? Odpovědí je, že budeme chtít vyrobit vodík, kdykoli nelze použít elektřinu - mimo špičku v odlehlých oblastech a během sezónních výkyvů. Vodík z větru, vody, geotermální energie nebo z jakékoli jiné formy solární energie je cenný, když zdroj neodpovídá zátěžovému profilu elektrické sítě.
Pokud solární elektřina přes PV-elektrolýzu-palivový článek nedává smysl, co PV-elektrolytický vodík? Ve skutečnosti se většina diskuse o PV-elektrolýze týká výroby vodíku pro použití jako automobilové palivo. Tento scénář se opět nejeví jako životaschopný. Zvažte případ čerpací stanice na vodík, která vydává 1 000 galonů benzínu denně, což je zhruba polovina celostátního průměru. Všimněte si, že jeden galon benzínu obsahuje zhruba stejné množství energie jako v jednom kilogramu (kg) vodíku. Čerpací stanice tedy bude vyžadovat přibližně 1 000 kg vodíku denně. Při použití nižší výhřevné hodnoty vodíku je elektrická energie potřebná k výrobě jednoho kg vodíku 51 kWh (při účinnosti elektrolyzéru 65%). To znamená, že 1 000 kg vodíku denně bude vyžadovat 51 000 kWh elektřiny denně. Množství FV potřebné k dodání 51 000 kWh lze odhadnout vydělením kWh 5 hodinami denně. Pro provoz 1 000 kg / den vodíkové čerpací stanice tedy bude zapotřebí 10 200 kWp nebo 10,2 megawattů FV energie. Všimněte si, že 1 kWp vyžaduje přibližně 10 metrů čtverečních pro PV s 10% účinností.
Druhá kategorie, přímé štěpení solární vody, označuje jakýkoli proces, při kterém se sluneční energie přímo používá k výrobě vodíku z vody, aniž by prošla mezilehlým krokem elektrolýzy. Mezi příklady patří:
fotoelektrochemické štěpení vody - tato technika využívá polovodičové elektrody ve fotoelektrochemickém článku k přeměně světelné energie na chemickou energii vodíku. V zásadě existují dva typy fotoelektrochemických systémů - jeden využívající polovodiče nebo barviva a druhý využívající rozpuštěné kovové komplexy.
fotobiologické - jde o tvorbu vodíku z biologických systémů pomocí slunečního záření. Určité řasy a bakterie mohou za vhodných podmínek produkovat vodík. Pigmenty v řasách absorbují sluneční energii a enzymy v buňce fungují jako katalyzátory pro štěpení vody na její vodíkové a kyslíkové složky.
vysokoteplotní termochemické cykly - tyto cykly využívají sluneční teplo k výrobě vodíku štěpením vody pomocí termochemických kroků.
zplyňování biomasy - toto využívá teplo k přeměně biomasy na syntetický plyn bohatý na vodík.
Fotoelektrochemické a fotobiologické procesy jsou procesy, které je třeba vyvinout, aby byly splněny dlouhodobé energetické požadavky. Dnešní systémy&# 39 jsou méně než 1 procento účinné (solární na vodík) a musí být mnohem efektivnější, aby byly ekonomické. Také neexistují žádné rozsáhlé instalace obou technologií.
Vysokoteplotní termochemické cykly mohou dosáhnout vynikající účinnosti (více než 40 procent), ale musí používat koncentrovaný solární přijímač / reaktory schopné dosáhnout teploty přesahující 800 ° C. Byla studována celá řada termochemických cyklů. (VizVýroba vodíku solárními termochemickými cykly štěpení vody).
Zplyňování biomasy využívá teplo ke změně biomasy (dřeva, trav nebo zemědělského odpadu) na syntetický plyn. Složení plynů závisí na typu suroviny, přítomnosti kyslíku, teplotě reakce a dalších parametrech. Zplynovače biomasy byly vyvinuty jako reaktory s pevným ložem, fluidním ložem a reaktory s unášeným ložem.