光电化学分解水可能成为竞争在绿色制氢

阳光可以直接用于生产绿色氢水的光电化学(压电)细胞。到目前为止,系统在此基础上“直接法”并没有积极竞争。然而,当一些氢平衡变化等压电陶瓷细胞原位用于催化加氢反应,导致合作生产的化学物质用于化工和制药行业。光电化学“绿色”的能源回报时间可以显著降低制氢,研究显示。

氢可以通过电解水产生,最理想的太阳能电池和风力发电提供所需的电能。这种“绿色”氢预计将发挥重要的作用在未来的能源系统。在过去的十年中,太阳能水分割取得了巨大成就:最好的电解槽,画出所需电压从光伏模块或风力发电,已经实现高达30%的效率。这是间接的方法。

最直接的方法

HZB研究所太阳能燃料,一些团队正在研究一种直接的方法太阳能水分裂:他们正在开发光电极,将阳光转化为电能,水溶液稳定,催化地促进水分裂。这些光电极由紧密耦合催化剂的光吸收材料形成光电化学电池的活性成分(压电陶瓷)。最好的压电陶瓷细胞基于低成本和稳定的金属氧化物吸收器已经实现效率接近10%。虽然比电解槽PV-driven派克细胞仍然是低效率的,他们也有重要的优势:在压电陶瓷细胞,例如,来自太阳光的热量可以用于进一步加速反应。10到一百倍,因为电流密度较低的使用这种方法,可以使用丰富,非常便宜的材料作为催化剂。

没有竞争力的

到目前为止,技术经济分析(茶)和净能量评估(NEA)表明,压电陶瓷的方法是没有竞争力的大规模实施。今天氢从压电陶瓷系统成本大约10美元/公斤,大约6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累积能源需求约为4 - 20倍与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,”博士说追杀令Abdi HZB研究所太阳能燃料。UniSysCat卓越网络合作的框架内Reinhard Schomacker教授和教授Roel van de Krol Abdi集团调查如何平衡变化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

他们首先计算需要多少能量从光吸收,产生压电细胞催化剂材料和其他材料如玻璃、和多长时间函数来产生能量以化学能的形式为氢或MSA。氢,这种能量回报时间是17年假设solar-to-hydrogen效率5%左右。如果只有2%的氢气用于IA转化为MSA,能源投资的回报时间减半,如果30%的氢转化为MSA,生产能源2年之后就可以恢复了。“这使过程更加可持续和竞争力,“Abdi说。原因之一:合成所需要的能量MSA在这样一个压电陶瓷细胞只有七分之一的能源需要传统MSA的生产流程。

一个灵活的系统

“系统是灵活的,还可以产生其他有价值的化学物质,目前需要在现场,“Abdi解释道。压电陶瓷的优点是固定组件单元,占大部分的投资成本,保持不变;只有加氢催化剂和原料需要交换。”这种方法提供了一种显著降低生产成本的绿色氢和增加脉冲涡流技术的经济可行性,“Abdi说。“我们已经仔细思考过程,下一步是测试在实验室的同时生产氢和MSA在实践工作。”

参考:张X,“M, Schomacker R, van de Krol R, Abdi FF。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。Nat Commun。2023;14 (1):991。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 36574 - 1

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