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太陽能制氫獲突破 氫能“上位”見契機(jī)
日期:2014-06-19
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責(zé)任編輯:sara
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世界各國(guó)都為發(fā)展氫能做好了規(guī)劃上的準(zhǔn)備。美國(guó)已將氫能確定為維系經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)家安全的技術(shù)之一,各級(jí)政府均提供大量資金資助科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行氫能研發(fā);德國(guó)國(guó)家全資公司NOW公司全權(quán)負(fù)責(zé)該國(guó)的氫能燃料電池示范研究;日本則采取了全額投入經(jīng)費(fèi)的辦法,委托日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的全資公司VEDO公司負(fù)責(zé)管理日本氫能和燃料電池示范項(xiàng)目;歐盟成立了氫燃料和燃料電池技術(shù)高級(jí)研究小組;我國(guó)對(duì)于氫能在未來能源體系中將占有重要地位也已形成共識(shí)。
然而,只有先在制備技術(shù)上取得突破,才能真正讓氫能造福社會(huì)。在目前已有的多種制氫方法中,通過光催化和光電催化,利用太陽能把水分解為燃料電池所必需的氫和氧再加以利用,這種太陽能制氫技術(shù)被稱為“人類最為理想的技術(shù)”,使氫能開發(fā)展現(xiàn)出極其廣闊的前景,因而它的關(guān)注度最高,研發(fā)也最為活躍。今天,大連化物所科研人員在太陽能制氫技術(shù)上取得了一系列的進(jìn)展,站在了該領(lǐng)域的世界研究前沿,他們所取得的每一點(diǎn)進(jìn)展,都在使我們距離氫能的大規(guī)模開發(fā)利用更近一步。
太陽能制氫主要途徑
氫能是一種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其他途徑轉(zhuǎn)換成氫能,即太陽能制氫,其主要方法如下:
●太陽能電解水制氫電解水制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法,效率較高(75%~85%),但電耗大。用常規(guī)電來制氫,從能量利用看,得不償失。
●太陽能熱分解水制氫將水或水蒸氣加熱到3000K以上,水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高,但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度,一般不采用這種方法制氫。
●太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫在水中加入一種或幾種中間物,然后加熱到較低溫度,經(jīng)歷不同的反應(yīng)階段,最終將水分解成氫和氧,而中間物可循環(huán)使用。其存在的主要問題是中間物的還原,即使按99.9%~99.99%還原,也還要作0.1%~0.01%的補(bǔ)充,這將影響氫的價(jià)格,并造成環(huán)境污染。
●太陽能光化學(xué)分解水制氫這一制氫過程與上述熱化學(xué)循環(huán)制氫有相似之處,需在水中添加某種光敏物質(zhì)作催化劑,增加對(duì)陽光中長(zhǎng)波光能的吸收,利用光化學(xué)反應(yīng)制氫。日本研究人員曾設(shè)計(jì)了一套包括光化學(xué)、熱電反應(yīng)的綜合制氫流程,每小時(shí)可產(chǎn)氫97升,效率達(dá)10%左右。
●太陽能光電化學(xué)電池分解水制氫1972年,日本科研人員制造的太陽能光電化學(xué)電池在太陽光照射下,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果被認(rèn)為是太陽能技術(shù)上的一次突破,但其制氫效率很僅0.4%,只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光,且電極易受腐蝕,至今尚未達(dá)到實(shí)用要求。
●太陽光絡(luò)合催化分解水制氫1972年以來,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)吡啶釕絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉(zhuǎn)移能力,并從絡(luò)合催化電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng),提出利用這一過程進(jìn)行光解水制氫。這種絡(luò)合物是一種催化劑,它的作用是吸收光能、產(chǎn)生電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移和集結(jié),并通過一系列偶聯(lián)過程,最終使水分解為氫和氧。絡(luò)合催化分解水制氫尚不成熟,研究工作正在繼續(xù)進(jìn)行。
●生物光合作用制氫40多年前科研人員發(fā)現(xiàn),綠藻在無氧條件下經(jīng)太陽光照射可以放出氫氣;后來又發(fā)現(xiàn)許多藻類在無氧環(huán)境中都有光合放氫作用。由于對(duì)光合作用和藻類放氫機(jī)理了解還不夠,目前藻類放氫的效率很低,要實(shí)現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當(dāng)大的距離。
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