Зеленый водород: расщепление воды ПЭК может стать конкурентоспособным

Солнечный свет можно использовать для производства зеленого водорода непосредственно из воды в фотоэлектрохимических (PEC) ячейках, объясняют ученые из Центра Холмгольца в Берлине в пресс-релизе.

Пока системы, основанные на таком «прямом подходе», не являются энергетически конкурентоспособными. Однако баланс меняется, как только часть водорода в таких клетках ПЭК используется в естественном месте для каталитической реакции гидрирования, что приводит к совместному производству химикатов, используемых в химической и фармацевтической промышленности. Исследование показывает, что время окупаемости энергии фотоэлектрохимического производства «зеленого» водорода может быть значительно сокращено.

Водород можно производить путем электролиза воды, в идеале с помощью солнечных батарей или энергии ветра, обеспечивающих необходимую электрическую энергию. Ожидается, что этот «зеленый» водород сыграет важную роль в энергетической системе будущего. За последнее десятилетие расщепление воды с помощью солнечной энергии добилось значительного прогресса: лучшие электролизеры, которые получают необходимое напряжение от фотоэлектрических модулей или энергии ветра, уже достигают эффективности до 30%. Это косвенный подход.

В Институте солнечного топлива HZB несколько команд работают над прямым подходом к расщеплению воды с помощью солнечной энергии: они разрабатывают фотоэлектроды, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию, стабильны в водных растворах и каталитически способствуют расщеплению воды. Эти фотоэлектроды состоят из поглотителей света, которые тесно связаны с материалами катализатора, образуя активный компонент фотоэлектрохимической ячейки (ФЭХ). Лучшие элементы PEC на основе недорогих и стабильных поглотителей оксидов металлов уже достигают эффективности, близкой к 10%. Хотя элементы PEC по-прежнему менее эффективны, чем электролизеры с фотоэлектрическим приводом, они также имеют важные преимущества: в элементах PEC, например, тепло солнечного света может использоваться для дальнейшего ускорения реакций. А поскольку при таком подходе плотность тока в десять-сотню раз ниже, в качестве катализаторов можно использовать многочисленные и очень недорогие материалы.

Разовое пожертвованиеЕжемесячноКаждый кварталЕжегодно

Имя

Адрес электронной почты

Валюта*AEDAUDBGNCADCHFCZKDKKEUR (€)GBP (£)HKDHRKHUFILSISKJPY (¥)NOKNZDPHPPLNRONRUBSEKSGDUSD (US$)ZARAmount () *

function dmm_recurring_methods(value) { var x = document.getElementsByClassName("dmm_recurring"); вар я; for (i = 0; i function dmm_multicurrency_methods(value) { let dmm_currities = {"AED":"AED","AUD":"AUD","BGN":"BGN","CAD":"CAD"," CHF":"CHF","CZK":"CZK","DKK":"DKK","EUR":"€","GBP":"£","HKD":"HKD","HRK" :"HRK","HUF":"HUF","ILS":"ILS","ISK":"ISK","JPY":"¥","NOK":"NOK","NZD":" NZD","PHP":"PHP","PLN":"PLN","RON":"RON","RUB":"RUB","SEK":"SEK","SGD":"SGD" ,"USD":"US$","ZAR":"ZAR"}; document.getElementById("dmm_currency_symbol").innerHTML = dmm_currency[value]; let x = document.getElementsByClassName("dmm_nomc"); for (let i = 0; i == Выберите способ оплаты ==iDEALCardPayPal

Настоящим я соглашаюсь с Политикой конфиденциальности

На данный момент анализ показал, что подход УИК еще не является конкурентоспособным для широкомасштабного внедрения. Водород из систем ПЭК сегодня стоит около 10 долларов США/кг, что примерно в 6 раз дороже, чем водород парового риформинга ископаемого метана (1,5 долларов США/кг). Более того, совокупная потребность в энергии для расщепления воды ПЭК оценивается в 4–20 раз выше, чем для производства водорода с помощью ветряных турбин и электролизеров.

«Именно здесь мы хотели применить новый подход», — говорит доктор Фатва Абди из Института солнечного топлива HZB. Группа Абди исследовала, как меняется баланс, когда часть образующегося водорода далее реагирует с итаконовой кислотой (IA) в том же реакторе с образованием метилянтарной кислоты (MSA).

Сначала они рассчитали, сколько энергии необходимо для производства ячейки PEC из светопоглотителей, материалов-катализаторов и других материалов, таких как стекло, и как долго она должна функционировать, чтобы производить эту энергию в форме химической энергии, такой как водород или MSA. Для одного только водорода этот «срок окупаемости энергии» составляет около 17 лет, при условии скромного КПД преобразования солнечной энергии в водород в 5%. Если только 2% произведенного водорода используется для преобразования IA в MSA, время окупаемости энергии сокращается вдвое, а если 30% водорода преобразуется в MSA, полученная энергия может быть восстановлена ​​уже через 2 года. «Это делает процесс гораздо более устойчивым и конкурентоспособным», — говорит доктор Абди. Одна из причин: энергия, необходимая для синтеза MSA в такой ячейке PEC, составляет лишь одну седьмую от энергии, необходимой для традиционных процессов производства MSA.