MIT新型太陽(yáng)能制氫技術(shù)效率達(dá)40%

MIT工程師們?cè)O(shè)計(jì)出一種完全依靠太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的新型反應(yīng)器系統(tǒng)，旨在生產(chǎn)綠色、零碳排放的氫燃料。

MIT的工程師們提出了系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，可以高效利用“太陽(yáng)熱化學(xué)制氫”。該研究公布在《太陽(yáng)能雜志》上。太陽(yáng)熱化學(xué)制氫(STCH)是零排放的替代方案。但是現(xiàn)有的STCH設(shè)計(jì)效率有限，只有約7%的太陽(yáng)光能用于制氫。迄今為止的結(jié)果是氫的產(chǎn)量低，而成本高。

MIT團(tuán)隊(duì)邁出了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能制氫的重要一步，他們的新設(shè)計(jì)可以利用40%的太陽(yáng)熱量制氫。提高效率會(huì)降低系統(tǒng)總成本，使STCH成為潛在可擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇，有助于減少運(yùn)輸業(yè)的碳排放。

MIT系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)類似于其他已提出的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)將與現(xiàn)有的太陽(yáng)熱源（如集中式太陽(yáng)能發(fā)電廠）配對(duì)，后者是一個(gè)由數(shù)百面鏡子組成的圓形陣列，用于收集和反射陽(yáng)光至中央接收塔。STCH系統(tǒng)吸收接收器的熱量，用于分解水并生成氫氣。這一過(guò)程與電解不同，電解使用電而不是熱量來(lái)分解水。

STCH系統(tǒng)概念的核心是一個(gè)兩步熱化學(xué)反應(yīng)。在第一步中，以蒸汽的形式存在的水暴露給金屬。金屬?gòu)恼羝形?，留下氫氣。這種金屬“氧化”類似于在水的存在下鐵的生銹，但發(fā)生得快得多。一旦分離出氫氣，氧化（或生銹）金屬將在真空中被再次加熱，以逆轉(zhuǎn)生銹過(guò)程并再生金屬。去除氧氣后，金屬可以冷卻并再次暴露給蒸汽以生成更多氫氣。這個(gè)過(guò)程可以重復(fù)數(shù)百次。

MIT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化了這一過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)像是火車般的反應(yīng)器系統(tǒng)，沿著圓形軌道運(yùn)行。在實(shí)踐中，這個(gè)軌道將圍繞太陽(yáng)熱源（如CSP塔）設(shè)置?；疖囍械拿總€(gè)反應(yīng)器將容納進(jìn)行可逆生銹過(guò)程的金屬。每個(gè)反應(yīng)器首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)高溫站，在那里會(huì)在高達(dá)1500攝氏度的溫度下暴露于太陽(yáng)熱量。這種極端的熱量可以有效地從反應(yīng)器的金屬中吸氧。然后，金屬處于“還原”狀態(tài)，準(zhǔn)備好從蒸汽中吸氧生成氫氣。為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，反應(yīng)器將移到溫度約為1000攝氏度的冷卻站，那里將暴露于蒸汽以生成氫氣。

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亞利桑那州立大學(xué)化工工程助理教授Christopher Muhich表示，我們必須考慮系統(tǒng)中的每一點(diǎn)能量的使用，以最大限度的降低成本。利用該系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)用來(lái)制氫的熱量全部來(lái)自太陽(yáng)。這可利用40%的太陽(yáng)能熱量制氫。

在接下來(lái)的一年中，該團(tuán)隊(duì)將建造該系統(tǒng)的原型，并計(jì)劃在美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室的集中式太陽(yáng)能發(fā)電廠中進(jìn)行測(cè)試，該項(xiàng)目獲得政府資助。