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新能源知識:太陽能轉換成氫能
來源:氫分子產業網 發表時間:2018-7-1 14:58:51 閱讀:2835
氫能是一種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉換成氫能,即太陽能制氫,其主要方法如下:
  (1)太陽能電解水制氫。電解水制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法,效率較高(75%-85%),但耗電大,用常規電制氫,從能量利用而言得不償失。所以,只有當太陽能發電的成本大幅度下降后,才能實現大規模電解水制氫。
  (2)太陽能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上,水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高,但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度,一般不采用這種方法制氫。
  (3)太陽能熱化學循環制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫,發展了一種熱化學循環制氫方法,即在水中加入一種或幾種中間物,然后加熱到較低溫度,經歷不同的反應階段,最終將水分解成氫和氧,而中間物不消耗,可循環使用。熱化學循環分解的溫度大致為900-1200K,這是普通旋轉拋物面鏡聚光器比較容易達到的溫度,其分解水的效率在17.5%-75.5%。存在的主要問題是中間物的還原,即使按99.9%-99.99%還原,也還要作0.1%-0.01%的補充,這將影響氫的價格,并造成環境污染。
  (4)太陽能光化學分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學循環制氫有相似之處,在水中添加某種光敏物質作催化劑,增加對陽光中長波光能的吸收,利用光化學反應制氫。日本有人利用碘對光的敏感性,設計了一套包括光化學、熱電反應的綜合制氫流程,每小時可產氫97升,效率達10%左右。
  (5)太陽能光電化學電池分解水制氫。1972年,日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導體電極作陽極,而以鉑黑作陰極,制成太陽能光電化學電池,在太陽光照射下,陰極產生氫氣,陽極產生氧氣,兩電極用導線連接便有電流通過,即光電化學電池在太陽光的照射下同時實現了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實驗結果引起世界各國科學家高度重視,認為是太陽能技術上的一次突破。但是,光電化學電池制氫效率很低,僅0.4%,只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光,且電極易受腐蝕,性能不穩定,所以至今尚未達到實用要求。
  (6)太陽光絡合催化分解水制氫。從1972年以來,科學家發現三聯毗啶釘絡合物的激發態具有電子轉移能力,并從絡合催化電荷轉移反應,提出利用這一過程進行光解水制氫。這種絡合物是一種催化劑,它的作用是吸收光能、產生電荷分離、電荷轉移和集結,并通過一系列偶聯過程,最終使水分解為氫和氧。絡合催化分解水制氫尚不成熟,研究工作正在繼續進行。
  (7)生物光合作用制氫。40多年前發現綠藻在無氧條件下,經太陽光照射可以放出氫氣;十多年前又發現,蘭綠藻等許多藻類在無氧環境中適應一段時間,在一定條件下都有光合放氫作用。目前,由于對光合作用和藻類放氫機理了解還不夠,藻類放氫的效率很低,要實現工程化產氫還有相當大的距離。據估計,如藻類光合作用產氫效率提高到10%,則每天每平方米藻類可產氫9克分子,用5萬平方公里接受的太陽能,通過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。
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