EPFL(瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院)的研究人員已經(jīng)建造了一個(gè)中試規(guī)模的太陽能反應(yīng)堆，除了能夠以前所未有的效率產(chǎn)生氫氣外，還能產(chǎn)生可用的熱量和氧氣。

EPFL校園里的拋物面天線很容易被忽視，類似于衛(wèi)星天線或其他電信基礎(chǔ)設(shè)施。但這個(gè)設(shè)施很特別，因?yàn)樗墓ぷ髟砭拖褚豢萌嗽鞓?。在將太陽輻射集中?000倍后，盤子上方的一個(gè)反應(yīng)堆利用這些陽光將水轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的可再生氫、氧和熱量。

“這是太陽能制氫的第一個(gè)系統(tǒng)級(jí)演示。不像典型的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的演示，它包括所有輔助設(shè)備和組件，所以它給了我們一個(gè)更好的想法，你可以期待一旦你考慮整個(gè)系統(tǒng)的能源效率，而不僅僅是設(shè)備本身，”索菲亞·豪森納說。

“由于輸出功率超過2KW，我們已經(jīng)突破了1KW的上限，同時(shí)保持了如此大規(guī)模的創(chuàng)紀(jì)錄的高效率。在這項(xiàng)工作中實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)氫率代表了這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化實(shí)現(xiàn)的真正令人鼓舞的一步。”

這項(xiàng)工作建立在初步研究的基礎(chǔ)上，該研究使用了LRESE的高通量太陽模擬器，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上展示了這一概念，該研究于2019年發(fā)表在《自然能源》雜志上?，F(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)在同一雜志上發(fā)表了他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)條件下擴(kuò)大規(guī)模、高效和多產(chǎn)品工藝的結(jié)果。

利用太陽能從水中制氫被稱為人工光合作用，但LRESE系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它還能大規(guī)模生產(chǎn)熱量和氧氣。

在太陽能盤將太陽光集中后，水被泵入聚焦點(diǎn)，聚焦點(diǎn)內(nèi)裝有一個(gè)集成的光電化學(xué)反應(yīng)器。在這個(gè)反應(yīng)器中，光電化學(xué)電池利用太陽能進(jìn)行電解，或?qū)⑺肿臃纸鉃闅浜脱酢崃恳矔?huì)產(chǎn)生，但這些熱量不會(huì)作為系統(tǒng)損耗釋放出來，而是通過熱交換器，這樣就可以加以利用——例如，用于環(huán)境加熱。

高通量太陽能模擬器

除了系統(tǒng)的主要輸出氫和熱外，光電解反應(yīng)釋放的氧分子也被回收和利用。

“氧氣通常被認(rèn)為是一種廢物，但在這種情況下，它也可以被利用-例如用于醫(yī)療應(yīng)用，”豪森納說。

該系統(tǒng)適用于工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用;事實(shí)上，LRESE的子公司SoHHytec SA已經(jīng)在設(shè)法部署和商業(yè)化。EPFL正在與瑞士的一家金屬生產(chǎn)工廠合作，建立一個(gè)100KW規(guī)模的示范工廠，該工廠將為金屬退火工藝生產(chǎn)氫氣，為附近的醫(yī)院生產(chǎn)氧氣，并為工廠的熱水需求提供熱量。

“通過在EPFL的試點(diǎn)演示，我們通過在高輸出功率密度下展示前所未有的效率，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)重要的里程碑。我們現(xiàn)在正在擴(kuò)大一個(gè)類似人工花園的系統(tǒng)，其中每棵‘人造樹’都以模塊化的方式部署，”SoHHytec描述道。

該系統(tǒng)可用于提供住宅和商業(yè)集中供暖和熱水，并為氫燃料電池提供動(dòng)力。EPFL校園系統(tǒng)每天可以輸出約半公斤的太陽能氫氣，可以為大約1.5輛氫燃料電池汽車提供動(dòng)力，滿足日常行駛距離;或者滿足一個(gè)典型的瑞士四口之家一半的電力需求和一半以上的年供熱需求。

隨著人工光合作用系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，豪森納已經(jīng)在探索新的技術(shù)途徑。特別是，該實(shí)驗(yàn)室正在研究一個(gè)大規(guī)模的太陽能系統(tǒng)，該系統(tǒng)將分解二氧化碳而不是水 ，產(chǎn)生有用的材料，如用作液體燃料的合成氣，或綠色塑料前體乙烯。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院鳥瞰