取代柴油發電機,太陽能製氫在南極有搞頭嗎?

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 05 日 17:35 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 電力儲存 Telegram share ! follow us in feedly


南極的能源與電力來源多來自柴油發電機,畢竟比起太陽能、風力發電,對於這天寒地凍的白色大陸來說,發電機是更加穩定與高效的電力來源,不過現在德國科學家發現太陽能製氫也是頗具競爭力的候選者,有望減少引擎發電機排放空氣污染物、以及油污污染的風險。

太陽能與風力發電為間歇性能源,沒有陽光或是風力時,自然就無電可發,其中進入永夜的黑暗南極,太陽能用處更是大打折扣,而風力發電建置期長、南極適合施工的時段又短,好比目前南極容量最大的羅斯島風力發電場,由於當地適合開工的時間只有每年 11 月到隔年 2 月,建置期長達兩年。

因此若要善用這先得來不易、堪稱奇蹟的發電來源,好好利用再生能源發出的每一度電,這樣也能降低南極洲對化石能源的依賴,減少石油外洩污染危機。如今德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心(HZB)、烏爾姆大學(Ulm University)、海德堡大學(Heidelberg University)則找出解方——將太陽能轉換成氫氣。

如此一來,太陽能製氫便有望取代柴油等化石燃料,海德堡大學環境物理學家 Kira Rehfeld 表示,夏季時南極進入永晝期,太陽輻射實際上可以用來供應研究設施的能源,然而這些地區的發電機、引擎與暖氣都是由化石燃料驅動,石油、汽油則由船隻運送而來。

這些化石燃料除了是全球暖化元凶之一,也會為研究機構帶來高昂的成本,且南極生態系統敏感,縱使是小小的油污外洩,也會衝擊當地環境。因此團隊認為,在夏天時可以用太陽能電力,電解水製氫為當地生產無汙染的氫能。

團隊嘗試兩個不同方法,一種較為傳統,太陽能板與電解槽兩個分開裝置,另一種則是較新的熱耦合設置(thermally coupled),太陽能模組與電解槽外壁緊密貼合,這樣一來太陽能板發電產生的廢熱,就可以提高電解水製氫的效率,且這種方法適用於任何天寒地凍的地方,包括阿拉斯加、加拿大又或是高山地區。

不過團隊想當然不會在南極實際測試研究,他們為了模擬南極的極冷條件,用冷凍櫃進行實驗。他們在冷凍櫃門上開了一個洞,並安裝石英窗,接下來模擬陽光照射,團隊也在電解設備中,添加 30% 硫酸,這種以電池酸聞名的液體,冰點為攝氏零下 35 度、導電性能也非常好。

研究指出,熱耦合電解設備能生產更多的氫氣,因為太陽能模組產生的廢熱會直接擴散到電解槽。HZB 研究人員 Moritz Kölbach 表示,我們還可以在電解槽加裝熱絕緣設備,再提高效率。實驗指出,在實驗期間,電解液溫度從攝氏零下 20 度攀升到攝氏 13.5 度。

顯然新方法能帶能更高的效率,但是這種方法能比柴油發電機更有經濟效益嗎?這也不好說,團隊也打算實際到當地測試原型設備,目前也正在尋找合作夥伴。

太陽能製氫是種替代化石燃料設備的候選者,同時也能降低環境污染與減排作用,若團隊證明其可行性,也可以將該系統套用到阿爾卑斯山、加拿大與阿拉斯加、安地斯山脈等極端寒冷、人煙稀少的地方,團隊對此也頗有信心,認為就如同 60 年前太陽能開始為太空設備供電,或許這個方法也行得通。

(圖片來源:HZB