Izvor: sec.ucf.edu
Korištenje sunčeve energije za proizvodnju vodika može se provesti kroz dva procesa: elektrolizu vode pomoću sunčeve energije i izravno solarno cijepanje vode. Razmatrajući električnu energiju proizvedenu iz sunca, gotovo svi govore o PV-elektrolizi. Proces djeluje. Zapravo je prvi put prikazan u Floridskom centru za solarnu energiju 1983. godine uz financiranje od NASA-inog svemirskog centra Kennedy. Iako je tehnološki izvedivo, još uvijek nije ekonomski isplativo. Osim troškova, postavlja se pitanje zašto koristiti električnu energiju, vrlo učinkovit nosač energije, za proizvodnju vodika, drugog nosača energije, a zatim ga ponovno pretvoriti u električnu energiju za upotrebu? Drugim riječima, električna energija je toliko vrijedna kao električna energija, naš najpoželjniji nosač energije, da je možda ne želimo koristiti ni za što drugo osim za to. To je osobito istinito ako se električna energija proizvodi od fotonaponskih elemenata. PV kao izvor energije odgovara vršnom opterećenju klima uređaja u nacionalnim' komunalnim službama. Puno je bolje koristiti PV električnu energiju kao električnu energiju, jer je previše rasipno koristiti je inače.
Kada će imati smisla stvarati vodik iz solarne energije proizvedene? Odgovor je da ćemo htjeti stvoriti vodik svaki put kad se električna energija ne može koristiti - izvan vrhunca u udaljenim područjima i tijekom sezonskih varijacija. Vodik iz vjetra, hidro, geotermalne energije ili bilo kojeg drugog oblika energije proizvedene od sunca dragocjen je kada se resurs ne podudara s profilom opterećenja električne mreže.
Ako solarna električna energija putem PV-elektrolize-gorivne ćelije nema smisla, što je s PV-elektrolitskim vodikom? Zapravo, većina rasprave o PV-elektrolizi tiče se proizvodnje vodika za uporabu kao automobilsko gorivo. Opet, čini se da ovaj scenarij nije izvediv. Razmotrimo slučaj stanice za punjenje vodika koja toči 1000 litara benzina dnevno, otprilike polovicu nacionalnog prosjeka. Imajte na umu da jedan galon benzina sadrži otprilike jednaku količinu energije kao u jednom kilogramu (kg) vodika. Dakle, benzinska stanica će trebati oko 1.000 kg vodika dnevno. Korištenjem niže vrijednosti zagrijavanja vodika, električna energija potrebna za stvaranje jednog kg vodika iznosi 51 kWh (koristeći učinkovitost elektrolizera od 65%). To znači da će za 1.000 kg / dan vodika biti potrebno 51.000 kWh dnevno električne energije. Količina PV potrebna za opskrbu 51 000 kWh može se procijeniti dijeljenjem kWh s 5 sati dnevno. Dakle, za rad stanice za gorivo od 1000 kg / dan vodika bit će potrebno 10.200 kWp ili 10,2 megavata PV snage. Imajte na umu da 1 kWp zahtijeva približno 10 četvornih metara površine za PV s 10% učinkovitosti.
Druga kategorija, izravno cijepanje sunčeve vode, odnosi se na bilo koji postupak u kojem se sunčeva energija izravno koristi za proizvodnju vodika iz vode bez prolaska kroz međufazni stupanj elektrolize. Primjeri uključuju:
fotoelektrokemijsko cijepanje vode - ova tehnika koristi poluvodičke elektrode u fotoelektrokemijskoj ćeliji za pretvaranje svjetlosne energije u kemijsku energiju vodika. U osnovi postoje dvije vrste fotoelektrokemijskih sustava - jedan koji koristi poluvodiče ili boje, a drugi koji koristi otopljene metalne komplekse.
fotobiološki - oni uključuju stvaranje vodika iz bioloških sustava pomoću sunčeve svjetlosti. Određene alge i bakterije mogu stvoriti vodik pod prikladnim uvjetima. Pigmenti u algama upijaju sunčevu energiju, a enzimi u stanici djeluju kao katalizatori za cijepanje vode u sastojke vodika i kisika.
termokemijski ciklusi visoke temperature - ti ciklusi koriste sunčevu toplinu za proizvodnju vodika cijepanjem vode pomoću termokemijskih koraka.
rasplinjavanje biomase - koristi toplinu za pretvaranje biomase u sintetički plin bogat vodikom.
Fotoelektrokemijski i fotobiološki procesi su oni koji se moraju razviti kako bi se udovoljilo dugoročnim energetskim potrebama. Današnji sustavi' manje su učinkoviti od 1 posto (solarno na vodik) i moraju postići mnogo veću učinkovitost kako bi bili ekonomični. Također, nema velikih instalacija niti jedne tehnologije.
Termokemijski ciklusi visoke temperature mogu postići izvrsnu učinkovitost (veću od 40 posto), ali moraju koristiti koncentrirani solarni prijemnik / reaktore koji mogu doseći temperature veće od 800 ° C. Postoji velika raznolikost termokemijskih ciklusa koji su proučavani. (Vidi Proizvodnja vodika solarnim termokemijskim ciklusima cijepanja vode).
Plinifikacija biomase koristi toplinu da bi biomasu (drvo, trave ili poljoprivredni otpad) pretvorila u sintetički plin. Sastav plinova ovisi o vrsti sirovine, prisutnosti kisika, temperaturi reakcije i ostalim parametrima. Plineri za biomasu razvijeni su kao reaktori s fiksnim slojem, fluidizovanim slojem i reaktori s unutarnjim slojem.
