太阳能制氢将取代裂解天然气

研究人员已经建立了一个千瓦级的试点工厂，可以利用太阳能生产绿色氢气和热能。这是目前建造的最大的太阳能制氢工厂，它能够在8小时内生产约半公斤氢气，相当于等效输出功率略超过2千瓦。

“我们已经突破了太阳能生产氢气的1千瓦上限。” 瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)可再生能源科学与工程教授索菲亚•豪森纳(Sophia Haussener)说，“用半公斤氢气，你可以驾驶一辆汽车行驶约100公里。氢气也可以用于燃料电池发电，满足一个四人家庭每天一半的电力需求。”

当今世界，约95%的氢气主要用于生产化肥和其他化工产品，或用于炼油，这些氢气都是通过裂解天然气制成的。氢气作为飞机、船舶、家庭供暖和发电的燃料，有着广阔的前景。但由于裂解天然气会产生二氧化碳，这一前景变得暗淡了。

要让氢气成为可持续性燃料，生产氢气就必须使用可再生能源或碳排放很小的核能。如今，绿色氢气在世界各地有了更坚实的立足点。例如，绿色氢气是澳大利亚经济脱碳计划的核心。

制造氢气最可持续的方法之一是利用太阳能将水分解为氢气和氧气。这可以使用光电化学(PEC)系统，这种系统吸收太阳光产生电力，用电力分解水。“我们不必设计和支付两个独立的系统。”豪森纳说，“这是一个单一的集成系统，最终具备成本优势。”

光电化学系统在实验室规模的装置(输出功率小于100瓦)中显示出了广阔的前景。豪森纳说，要扩大到更大的系统并不容易，因为这需要在生产率最大化的同时平衡效率、稳定性和运营成本。为了实现这种平衡，她和她的同事用镜式反射器太阳辐射进行聚焦，并在聚焦点放置了一个太阳能电池模块。

在该团队在《自然•能源》杂志上报告了这个千瓦级系统，他们建造了一个直径7米的太阳能抛物面，其反射镜将太阳辐射集中到一点，强度为太阳正常输出的约1000倍。该抛物面追踪太阳的时间达6到8个小时。并不是所有集中在该太阳能电池上的太阳能都会转化为电能，其中一部分被转化为废热，该团队用热交换器提取这些废热。豪森纳说，这些热量可以用于空间供暖或建筑物内的热水，也可以为工业生产提供燃料。

这个抛物线型面板能够将阳光聚焦在一点，强度是正常阳光强度的1000倍。在8个小时的时间里，这些能量可以生产约500克氢气，能够驱动燃料电池汽车行驶约100公里。

通过一家名为SoHHytec的初创公司，该瑞士洛桑联邦理工学院团队目前正在扩大其氢气和热能生产技术，实现商业化。豪森纳说，该公司正在建造一个直径9米的太阳能抛物面系统。多个抛物面可结合在一起，建成规模可大可小、符合用户需求的系统。