在光电化学(压电)细胞,阳光可以直接用来生产绿色从水中氢。到目前为止,系统在此基础上“直接法”在能源方面没有竞争力。
光电化学电池:阳光产生的光电压catalyst-coated太阳能电池(右),它能将水分子分解。氢是产生在左边电极,氧气在正确的。H的一部分2与衣康酸(IA)进一步反应生成有价值的甲基琥珀酸(MSA)。图片来源:©m .执教职位/ Helmholtz-Zentrum柏林
当一些氢等压电陶瓷电池的利用原位催化加氢反应的平衡转变,导致合作生产的化学物质用于化工和制药行业。根据研究,光电化学的能源回报时间“绿色”制氢可以大幅减少。
氢可以通过电解水产生的,最好是用太阳能电池或风力发电,提供充足的电能。这种“绿色”氢预计未来能源系统中起着关键的作用。
太阳能水分裂在过去的十年里取得了显著进展:最好的电解槽,吸引了来自光伏模块所需的电压或风力发电,现在可以实现高达30%的效率。这是间接法。
最直接的方法
的几组HZB研究所太阳能燃料合作直接光解水制氢研究太阳能的方法。他们构建光电极,将阳光转化为电能,在水溶液稳定,并鼓励水催化地分裂。光吸收地耦合催化剂材料形成的活性成分在这些光电极光电化学电池(压电陶瓷)。
最好的压电陶瓷细胞,使用低成本的和稳定的金属氧化物吸收器,已经实现的效率在10%左右。尽管派克细胞仍效果低于PV-driven电解槽,他们有明显的优点:例如,来自阳光的热量在压电陶瓷可用于加快反应细胞。
由于电流密度低10到一百倍,这个策略,丰富的和低成本的材料可以用作催化剂。
没有竞争力的
技术经济分析(茶)和净能量评估(NEA)表明,压电陶瓷的策略是不具有成本效益的大规模实施。今天,氢气从压电陶瓷系统成本大约10美元/公斤,大概是六倍氢从化石甲烷蒸汽转化(1.5美元/公斤)。
此外,光解水制氢研究压电陶瓷的总能源需求预计将4倍使用风力涡轮机和电解槽制氢。
的理念:合作生产有价值的化学物质
”这就是我们想要带来一种新方法博士,”追杀令Abdi HZB太阳能研究所的燃料。UniSysCat卓越网络伙伴关系框架内Reinhard Schomacker教授和教授Roel van de Krol Abdi的团队检查如何平衡改变时的一些氢气反应进一步与衣康酸(IA)在同一反应器(原位)形成甲基琥珀酸(MSA)。
能量回报乘以
研究人员首先估计需要多少能量来制造压电陶瓷细胞吸光,催化剂材料,和其他材料像玻璃,以及多长时间必须操作以产生能量以化学能的形式为氢或MSA。
这个“能量回报时间”氢仅约为17年,假设5% solar-to-hydrogen效率。如果只有2%的氢气用于将IA转换为MSA,能源投资的回报时间减少一半,如果30%的氢气转化为MSA,生产能源在2年内可以恢复。
”这使过程更加可持续和竞争力指出:“Abdi。原因之一是合成所需要的能量MSA脉冲涡流细胞只是在这样一个传统的MSA生产过程需要的七分之一。
一个灵活的系统
系统灵活,还可以产生其他有价值的化学物质,目前需要在现场。
裁决Abdi博士研究所太阳能燃料,Helmholtz-Zentrum柏林
对压电陶瓷固定组件单元,占大多数的投资成本,保持不变;只有加氢催化剂和原料必须交换。
这种方法提供了一种显著降低绿色氢的生产成本,提高了脉冲涡流技术的经济可行性。我们有仔细思考过程,下一步是测试在实验室如何同时生产氢和MSA在实践工作。
裁决Abdi博士研究所太阳能燃料,Helmholtz-Zentrum柏林
期刊引用
张,X。,等。(2023)。生命周期净能源评估可持续H2化学品的生产和加氢耦合的光电化学设备。自然通讯。doi.org/10.1038/s41467 - 023 - 36574 - 1。
来源:https://www.helmholtz-berlin.de/index_en.html