麻省理工「太陽熱能製氫」新設計,效率從 7% 提高到 40%

作者 | 發布日期 2023 年 11 月 03 日 8:00 | 分類 太陽能 , 能源科技 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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。

(首圖來源:麻省理工

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