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。但這個設(shè)施很特別，因為它的工作原理就像一棵人造樹。在將太陽輻射集中近1000倍后，盤子上方的一個反應(yīng)堆利用這些陽光將水轉(zhuǎn)化為有價值的可再生氫、氧和熱量。

“這是太陽能制氫的第一個系統(tǒng)級演示。不像典型的實驗室規(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更好的想法，你可以期待一旦你考慮整個系統(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，同時保持了如此大規(guī)模的創(chuàng)紀(jì)錄的高效率。在這項工作中實現(xiàn)的產(chǎn)氫率代表了這項技術(shù)商業(yè)化實現(xiàn)的真正令人鼓舞的一步。”

這項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，在實驗室規(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。現(xiàn)在，該團(tuán)隊在同一雜志上發(fā)表了他們在現(xiàn)實條件下擴(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，聚焦點內(nèi)裝有一個集成的光電化學(xué)反應(yīng)器。在這個反應(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a(chǎn)生，但這些熱量不會作為系統(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，實現(xiàn)了一個重要的里程碑。我們現(xiàn)在正在擴(kuò)大一個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力，滿足日常行駛距離;或者滿足一個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，該實驗室正在研究一個大規(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