作者：EcolePolytechniqueFédéraledeLausanne

氫將在減少我們對(duì)化石燃料的依賴方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。它可以通過利用太陽能來分解水分子而持續(xù)產(chǎn)生。由此產(chǎn)生的清潔能源可以儲(chǔ)存、用于汽車燃料或按需轉(zhuǎn)換成電能。但是，在大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的情況下使其可靠是研究人員面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。高效的太陽能制氫需要稀有而昂貴的材料——包括太陽能電池和催化劑——來收集能量然后將其轉(zhuǎn)化。

EPFL可再生能源科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室（LRESE）的科學(xué)家們提出了一個(gè)想法，即集中太陽輻射，以較低的成本在某一特定區(qū)域產(chǎn)生更多的氫。他們開發(fā)了一種增強(qiáng)型光電化學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)與集中太陽輻射和智能熱管理結(jié)合使用時(shí)，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為氫，轉(zhuǎn)化率為17%，功率和電流密度達(dá)到前所未有的水平。而且，它們的技術(shù)穩(wěn)定，能夠處理日常太陽輻射的隨機(jī)動(dòng)力學(xué)問題。

他們的研究結(jié)果剛剛發(fā)表在《自然能源》雜志上。該研究的合著者SaurabhTembhurne說：“在我們的設(shè)備中，一層薄薄的水流過一個(gè)太陽能電池來冷卻它。系統(tǒng)溫度仍然相對(duì)較低，這使得太陽能電池能夠提供更好的性能。同時(shí)，水提取的熱量被轉(zhuǎn)移到催化劑上，從而改善化學(xué)反應(yīng)，提高制氫速度，”LRESE的研究人員FredyNandjou補(bǔ)充道，“因此，在轉(zhuǎn)化過程的每一步都對(duì)制氫進(jìn)行了優(yōu)化。”

科學(xué)家們利用LRese獨(dú)特的太陽模擬器來演示他們的設(shè)備的穩(wěn)定性能。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模演示的結(jié)果非常理想，以至于該設(shè)備已經(jīng)升級(jí)，目前正在EPFL的洛桑校區(qū)進(jìn)行戶外測試。研究小組安裝了一個(gè)直徑為7米的拋物面鏡，它將太陽輻射濃縮到1000倍，并驅(qū)動(dòng)這個(gè)裝置。第一次測試正在進(jìn)行中。

氫氣站

科學(xué)家們估計(jì)，他們的系統(tǒng)可以運(yùn)行超過30000小時(shí)或者近四年，而且不需要更換任何部件。如果每四年更換一次某些部件，則可以運(yùn)行長達(dá)20年。他們的太陽能集中器跟隨太陽軌跡進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以最大限度地提高產(chǎn)量。LRESE負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人SophiaHaussener解釋說：“在陽光明媚的天氣下，我們的系統(tǒng)每天能產(chǎn)生1千克氫氣，這足以讓氫動(dòng)力汽車行駛100到150公里。”

對(duì)于分布式、大規(guī)模的制氫，幾個(gè)濃縮器系統(tǒng)可以一起用于化工廠或制氫站的制氫。Tembhurne和Haussener計(jì)劃與一家名為Sohytec的分拆公司一起將他們的技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工業(yè)領(lǐng)域。

開源軟件

由于有一個(gè)開放的接口，它將可以及時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的性能。

作為研究的一部分，科學(xué)家們還進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性研究，并開發(fā)了一個(gè)名為Specdo（太陽能光電化學(xué)設(shè)備優(yōu)化）的開源軟件程序。這個(gè)程序可以幫助工程師設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)太陽能氫的低成本光電化學(xué)系統(tǒng)的組件。此外，他們還提供了一個(gè)稱為SPECDC（太陽能光電化學(xué)裝置比較）的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)測試工具，用于比較和評(píng)估所有光電化學(xué)系統(tǒng)演示。