麻省理工「太陽熱能製氫」新設計，效率從 7% 提高到 40%

一個由陽光驅動，長得非常像小型火車的氫燃料系統誕生，有別於傳統的化石燃料系統，麻省理工學院實現完全綠色、無碳的氫能設備，顯著提高太陽熱化學製氫的效率，從 7% 提高到 40%。

太陽熱化學製氫（solar thermochemical hydrogen，STCH）是透過陽光熱能直接分解水產生氫氣，這種製氫法雖然可以完全仰賴再生能源，但效率相當低，基本上只有約 7% 的入射光用於製造氫氣，是種低收益高成本製氫技術。

顯然這類只靠對綠能的愛是無法推動規模發展，還需要再進一步的研究。麻省理工機械工程系 Ahmed Ghoniem 表示，我們正努力實現能源部的目標，也就是 2030 年以每公斤 1 美元的價格生產綠氫，為了提高經濟效益勢必得提高效率，確保收集到的大部分日照都用於製氫。

STCH 系統的核心通常是兩步驟的熱化學反應，第一步先將金屬暴露在蒸氣中，金屬會從蒸氣中奪走氧氣，留下氫氣，之後將氫氣分離出來後，把生鏽金屬置於真空中加熱，逆轉生鏽過程並使金屬重生，該過程則可重複幾百次。

MIT 目標是優化此流程，因此打造出類似火車的箱型反應器，並在圓形軌道上圍繞熱源裝置轉圈圈。每個反應器一開始都會經過一個高溫站，暴露在溫度高達攝氏 1,500 度的熱量下，利用極端高溫吸出反應爐金屬中的氧氣，沿著軌道反應爐的下一站則是攝氏 1,000 度的冷卻站，暴露在蒸氣中產生氫氣。

為了回收從系統中逸出的熱量，圓形軌道兩側的反應器可以透過熱輻射交換熱量，讓熱反應器被冷卻，而冷反應器被加熱，便能將熱量保留在系統內。為提高效率，研究人員還添加第二組反應爐，圍繞著第一列列車反方向移動，外部反應爐將攜帶第二種也很容易氧化的金屬，外部反應爐會吸收內部反應爐中的氧氣，有效地對原始金屬進行除鏽，因此不需要額外的能源密集型真空幫浦。

研究人員模擬概念模型後，發現可顯著提高太陽熱化學製氫的效率，從先前設計的 7% 提高到 40%。Ghoniem 表示，透過這種設計，我們發現藉由太陽熱量即可提供動力，能夠利用 40% 的太陽熱量來生產氫氣。

該團隊也預計將在明年打造系統原型，計劃在美國能源部實驗室的聚光太陽能設施中進行測試，目前也已獲得能源部資助。