可同时产生热量和氧气的太阳能氢系统

EPFL研究人员建造了一个中试规模的太阳能反应堆，除了以其规模前所未有的效率产生氢气外，还可以产生可用的热量和氧气。

EPFL校园内的抛物面天线很容易被忽视，类似于卫星天线或其他电信基础设施。但这道菜很特别，因为它像人造树一样工作。在将太阳辐射集中近1,000倍后，盘上方的反应器利用阳光将水转化为有价值的可再生氢、氧和热。

“这是太阳能制氢的第一个系统级演示。与典型的实验室规模演示不同，它包括所有辅助设备和组件，因此它让我们更好地了解您在考虑完整系统后可以预期的能源效率，而不仅仅是设备本身，”工程学院可再生能源科学与工程实验室(LRESE)负责人SophiaHaussener说。

“凭借超过2千瓦的输出功率，我们已经突破了中试反应堆1千瓦的上限，同时保持了这种大规模的创纪录的高效率。这项工作中实现的氢气生产率代表了向商业化迈出的真正令人鼓舞的一步这项技术的实现。”

这项工作建立在初步研究的基础上，该研究使用LRESE的高通量太阳能模拟器在实验室规模上展示了这一概念，该模拟器于2019年发表在《自然能源》杂志上。现在，该团队已经发表了他们扩大规模、高效和多方面的结果。同一期刊中真实条件下的产品过程。

浪费不可

利用太阳能从水中产生氢气被称为人工光合作用，但LRESE系统的独特之处在于它还能够大规模产生热量和氧气。

在盘子聚集太阳光线后，水被泵入它的焦点，那里装有一个集成的光电化学反应器。在这个反应器中，光电化学电池利用太阳能将水分子电解或分解成氢气和氧气。热量也会产生，但不会作为系统损耗释放，而是通过热交换器传递，以便加以利用——例如，用于环境加热。

除了系统的主要输出氢气和热量外，光电解反应释放的氧分子也得到回收和使用。

“氧气通常被认为是一种废物，但在这种情况下，它也可以被利用——例如用于医疗应用，”Haussener说。

该系统适用于工业、商业和住宅应用;事实上，LRESE的衍生公司SoHHytecSA已经在部署它并将其商业化。这家EPFL初创公司正在与一家位于瑞士的金属生产设施合作，建造一个100千瓦规模的示范工厂，该工厂将为金属退火工艺生产氢气，为附近的医院生产氧气，并为工厂的热水生产热量需要。

“通过在EPFL的试点演示，我们通过在高输出功率密度下展示前所未有的效率实现了一个重要的里程碑。我们现在正在扩大一个类似人工花园的系统，其中每棵‘人造树’都部署在一种模块化的时尚，”SoHHytec联合创始人兼首席执行官SaurabhTembhurne说。

该系统可用于提供住宅和商业集中供暖和热水，并为氢燃料电池提供动力。在每天约半公斤太阳能氢的输出水平下，EPFL校园系统可以为每年平均行驶距离的约1.5辆氢燃料电池汽车提供动力;或满足一个典型的四人瑞士家庭一半的电力需求和一半以上的年供热需求。

Haussener的人工光合作用系统正在逐步扩大规模，他们已经在探索新的技术途径。特别是，该实验室正在研究一个大型太阳能系统，该系统可以分解二氧化碳而不是水，从而产生有用的材料，例如用于液体燃料的合成气或绿色塑料前体乙烯。