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太陽能如何轉(zhuǎn)化 (二):太陽能轉(zhuǎn)換成氫能

作者: | 發(fā)布日期: 2013 年 10 月 29 日 16:19 | 分類: 行業(yè)知識

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(zhuǎn)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(yīng)用較廣且比較成熟的方法,效率較高(75%-85%),但耗電大,用常規(guī)電制氫,從能量利用而言得不償失。所以,只有當(dāng)太陽能發(fā)電的成本大幅度下降后,才能實現(xiàn)大規(guī)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(xué)循環(huán)制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫,發(fā)展了一種熱化學(xué)循環(huán)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(jīng)歷不同的反應(yīng)階段,最終將水分解成氫和氧,而中間物不消耗,可循環(huán)使用。熱化學(xué)循環(huán)分解的溫度大致為900-1200K,這是普通旋轉(zhuǎn)拋物面鏡聚光器比較容易達(dá)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(huán)境污染。

(4)? 太陽能光化學(xué)分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學(xué)循環(huán)制氫有相似之處,在水中添加某種光敏物質(zhì)作催化劑,增加對陽光中長波光能的吸收,利用光化學(xué)反應(yīng)制氫。日本有人利用碘對光的敏感性,設(shè)計了一套包括光化學(xué)、熱電反應(yīng)的綜合制氫流程,每小時可產(chǎn)氫97升,效率達(dá)10%左右。

(5)? 太陽能光電化學(xué)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(dǎo)體電極作陽極,而以鉑黑作陰極,制成太陽能光電化學(xué)電池,在太陽光照射下,陰極產(chǎn)生氫氣,陽極產(chǎn)生氧氣,兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過,即光電化學(xué)電池在太陽光的照射下同時實現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實驗結(jié)果引起世界各國科學(xué)家高度重視,認(rèn)為是太陽能技術(shù)上的一次突破。但是,光電化學(xué)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(wěn)定,所以至今尚未達(dá)到實用要求。

(6)? 太陽光絡(luò)合催化分解水制氫。從1972年以來,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釘絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉(zhuǎn)移能力,并從絡(luò)合催化電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng),提出利用這一過程進(jìn)行光解水制氫。這種絡(luò)合物是一種催化劑,它的作用是吸收光能、產(chǎn)生電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移和集結(jié),并通過一系列偶聯(lián)過程,最終使水分解為氫和氧。絡(luò)合催化分解水制氫尚不成熟,研究工作正在繼續(xù)進(jìn)行。

(7)? 生物光合作用制氫。40多年前發(fā)現(xiàn)綠藻在無氧條件下,經(jīng)太陽光照射可以放出氫氣;十多年前又發(fā)現(xiàn),蘭綠藻等許多藻類在無氧環(huán)境中適應(yīng)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(jī)理了解還不夠,藻類放氫的效率很低,要實現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當(dāng)大的距離。據(jù)估計,如藻類光合作用產(chǎn)氫效率提高到10%,則每天每平方米藻類可產(chǎn)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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