Новый подход к производству водорода | AccordНовый подход к производству водорода на Южном полюсе с помощью солнечного света
Новый подход к производству водорода на Южном полюсе с помощью солнечного света
Исследовательская группа из Берлинского центра имени Гельмгольца изучила, как можно получать водород на Южном полюсе с помощью солнечного света, и какой подход имеет большой потенциал.
Это исследование было проведено в сотрудничестве с учеными из Ульмского и Гейдельбергского университетов
В результате анализа был сделан вывод, что в чрезвычайно холодных регионах может быть значительно эффективнее крепить фотоэлектрические модули непосредственно к электролизеру, то есть термически их соединять. Причина в том, что отработанное тепло, выделяемое фотоэлектрическими модулями, повышает эффективность электролиза в таких условиях.
Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Energy & Environmental Science и могут быть использованы в других холодных регионах Земли, например, в Канаде, на Аляске и в высокогорных районах. В таких местах солнечный водород может помочь заменить ископаемые виды топлива, такие как бензин и нефть.
Когда Кира Рехфельд, физик-эколог из Гейдельбергского университета, посетила Антарктиду для своего исследования, она была поражена наличием там интенсивного света.
Рехфельд отметила: "Летом там всегда светло. Это солнечное излучение можно использовать для энергоснабжения исследовательской инфраструктуры".
До сих пор в таких отдаленных регионах обогреватели, двигатели и генераторы питались, в основном, за счет ископаемого топлива, такого как бензин или нефть, доставляемого судами и которые способствуют глобальному потеплению. Помимо высоких экономических затрат, загрязнение окружающей среды, вызванное даже самыми незначительными разливами, также считается большой проблемой, ставящей под угрозу особо чувствительную экосистему.
Однако, водород может заменить ископаемое топливо и считается универсальным энергоносителем, который также может очень хорошо храниться при низких температурах.
"Поэтому наша идея заключалась в том, чтобы использовать солнечные модули для производства климатически нейтрального водорода на месте во время антарктического лета путем расщепления воды на водород и кислород посредством электролиза" - Matthias M. May, Postdoc, Institute for Solar Fuels, Helmholtz-Zentrum Berlin
Рехфельд и Мэй обратились за финансовой поддержкой в фонд Volkswagen, чтобы изучить, можно ли производить водород с помощью солнечного света даже при отрицательных температурах, и какая техника для этого идеально подойдет. Низкие температуры могут способствовать значительному снижению эффективности электролиза, хотя холод повышает эффективность большинства солнечных модулей.
Мэй и его коллега по HZB Мориц Кельбах провели эмпирическое сравнение двух различных методов: традиционной установки, в которой фотоэлектрический модуль физически и термически изолирован от бака электролиза, и новой, термически связанной установки, в которой фотоэлектрический модуль тесно взаимодействует со стенкой бака электролиза, способствуя тем самым тепловой диффузии.
Для имитации антарктических условий Кельбах собрал морозильную камеру, прорезал отверстие в дверце, затем установил кварцевое окно и осветил внутреннюю часть шкафа с помощью имитации солнечного света. Затем в контейнер для электролиза была загружена 30%-ная серная кислота (также называемая аккумуляторной кислотой) с температурой замерзания около -35 °C, которая хорошо проводит электричество.
Далее Кёльбах установил экспериментальные ячейки и провел серию измерений. Во время работы стало очевидно, что в ячейке с термически связанными фотоэлектрическими модулями вырабатывается относительно больше водорода, поскольку освещенные фотоэлектрические модули передают свое отработанное тепло непосредственно в электролизер.
"Мы даже смогли увеличить эффективность, добавив дополнительную теплоизоляцию в электролизер. В результате температура электролита во время освещения поднялась с -20 до +13,5 градусов Цельсия", - заявил Кельбах.
Результаты исследования подтверждают, что термически связанные системы обладают потенциально большей эффективностью по сравнению с термически развязанными. Тем не менее, пока неясно, можно ли использовать эти преимущества экономически.
"Поэтому на следующем этапе мы хотим испытать прототипы в реальных условиях. Это, безусловно, будет интересно, и в настоящее время мы ищем для этого партнеров" - Маттиас М. Май, Институт солнечного топлива, Берлинский центр имени Гельмгольца
Солнечный водород местного производства мог бы стать отличным вариантом замены ископаемого топлива и снижения связанной с ним опасности загрязнения окружающей среды и выбросов CO2 не только на Южном полюсе, но и в других чрезвычайно холодных и малонаселенных регионах мира, таких как Альпы, Анды, Аляска, Канада и другие горные регионы, например, Гималаи.
Возможно, водород, генерируемый солнечной энергией, будет экономически жизнеспособным в таких отдаленных регионах мира уже на начальном этапе.