מקור: sec.ucf.edu
השימוש באנרגיה סולארית לייצור מימן יכול להתנהל על ידי שני תהליכים: אלקטרוליזת מים באמצעות חשמל מיוצר סולארי ופיצול מים סולרי ישיר. כאשר שוקלים חשמל מיוצר סולארי, כמעט כולם מדברים על אלקטרוליזת PV. התהליך עובד. למעשה, הוא הודגם לראשונה במרכז אנרגיה סולארית בפלורידה בשנת 1983 במימון באמצעות מרכז החלל קנדי של נאס"א. למרות שניתן לעשות זאת מבחינה טכנולוגית, זה עדיין לא משתלם מבחינה כלכלית. מלבד עלות, יש את השאלה מדוע להשתמש בחשמל, נושא אנרגיה יעיל מאוד, כדי לייצר מימן, נושא אנרגיה אחר, ואז להמיר אותו שוב לחשמל לשימוש? במילים אחרות, חשמל הוא בעל ערך כה חשוב כמו חשמל, נושא האנרגיה הרצוי ביותר שלנו, עד שאולי לא נרצה להשתמש בו לשום דבר אחר. זה נכון במיוחד אם חשמל מיוצר מפוטו וולטאיקה. PV כמקור אנרגיה תואם את עומס השיא של מיזוג האוויר של השירותים הלאומיים&# 39. אחד טוב יותר להשתמש בחשמל PV כחשמל מכיוון שהוא בזבזני מכדי להשתמש בו אחרת.
מתי יהיה הגיוני לייצר מימן מחשמל מיוצר מהשמש? התשובה היא שנרצה לייצר מימן בכל עת שלא ניתן יהיה להשתמש בחשמל - מחוץ לשיא באזורים מרוחקים ובמהלך שינויים עונתיים. מימן מרוח, הידרו, גיאותרמית או כל סוג אחר של חשמל המופק מהשמש הוא בעל ערך כאשר המשאב אינו תואם את פרופיל עומס הרשת החשמל.
אם חשמל סולארי באמצעות תא-דלק אלקטרוליזה-PV אינו הגיוני, מה עם מימן PV-אלקטרוליטי? למעשה, מרבית הדיון בנושא אלקטרוליזת PV נוגע לייצור מימן לשימוש כדלק רכב. שוב, נראה כי תרחיש זה אינו בר קיימא. שקול את המקרה של תחנת תדלוק מימן המחלקת 1,000 ליטר בנזין ליום, כמחצית מהממוצע הארצי. שים לב כי גלון בנזין אחד מכיל כמעט אותה כמות אנרגיה כמו בקילוגרם (ק"ג) אחד של מימן. לפיכך, תחנת תדלוק תדרוש כ -1,000 ק"ג מימן ליום. באמצעות ערך החימום הנמוך יותר של מימן, האנרגיה החשמלית הדרושה להפקת ק"ג מימן אחת היא 51 קוט"ש (תוך שימוש ביעילות אלקטרוליזר של 65%). משמעות הדבר היא כי 1,000 ק"ג ליום מימן ידרוש 51,000 קוט"ש ליום חשמל. ניתן לאמוד את כמות ה- PV הדרושה לאספקת 51,000 קוט"ש על ידי חלוקת הקוט"ש ב -5 שעות ליום. לפיכך, יהיה צורך ב -10,200 קילוואט או 10.2 מגה-ואט של כוח PV להפעלת תחנת תדלוק מימן של 1000 ק"ג ליום. שים לב כי 1 קילוואט כוח דורש שטח של כ -10 מטרים רבועים עבור PV ביעילות של 10%.
הקטגוריה השנייה, פיצול מים סולריים ישירים, מתייחסת לכל תהליך בו משתמשים באנרגיה הסולארית באופן ישיר להפקת מימן ממים מבלי לעבור את שלב האלקטרוליזה הביניים. דוגמאות מכילות:
פיצול מים פוטו-אלקטרוכימיים - טכניקה זו משתמשת באלקטרודות מוליכות למחצה בתא פוטו-אלקטרוכימי כדי להמיר אנרגיית אור לאנרגיה כימית של מימן. למעשה ישנם שני סוגים של מערכות פוטו-אלקטרוכימיות - האחת משתמשת במוליכים למחצה או צבעים ואחת המשתמשת במתחמי מתכת מומסים.
פוטוביולוגיים - אלה כוללים ייצור מימן ממערכות ביולוגיות באמצעות אור שמש. אצות וחיידקים מסוימים יכולים לייצר מימן בתנאים מתאימים. פיגמנטים באצות סופגים אנרגיית שמש ואנזימים בתא משמשים כזרזים לפיצול מים למרכיבי המימן והחמצן שלו.
מחזורים תרמו-כימיים בטמפרטורה גבוהה - מחזורים אלה מנצלים את חום השמש להפקת מימן באמצעות פיצול מים באמצעות צעדים תרמו-כימיים.
גיזוז ביומסה - זה משתמש בחום כדי להמיר ביומסה לגז סינטטי עשיר במימן.
התהליכים הפוטו-אלקטרוכימיים והפוטוביולוגיים הם אלה שיש לפתחם בכדי לעמוד בדרישות האנרגיה ארוכות הטווח. כיום מערכות&מס '39 יעילות פחות מאחוז אחד (שמש למימן) והן צריכות להגיע ליעילות גבוהה בהרבה כדי להיות חסכוניות. כמו כן, אין התקנות בקנה מידה גדול של אחת הטכנולוגיות.
המחזורים התרמו-כימיים בטמפרטורה גבוהה יכולים להשיג יעילות מצוינת (יותר מ -40 אחוזים), אך עליהם להשתמש במקלט / כורים סולריים מרוכזים המסוגלים להגיע לטמפרטורות העולות על 800 מעלות צלזיוס. יש מגוון גדול של מחזורים תרמו-כימיים שנחקרו. (ראה ייצור מימן באמצעות מחזורי פיצול מים תרמו-כימיים).
גיזוז ביומסה משתמש בחום כדי להפוך ביומסה (עץ, עשבים או פסולת חקלאית) לגז סינטטי. הרכב הגזים תלוי בסוג חומרי ההזנה, נוכחות החמצן, טמפרטורת התגובה ופרמטרים אחרים. מחממי ביומסה פותחו ככורים עם מיטה קבועה, מיטה נוזלית ומיטה.
