Шляхи вдосконалення методів виробництва водню

Національна лабораторія відновлюваної енергетики США (NREL) продовжує дослідження щодо подальшого вдосконалення методів виробництва водню. Згідно з аналізом вчених з NREL, перовскітні матеріали можуть відігравати важливу роль у процесі виробництва водню відновлюваним способом.

Водень став важливим носієм для зберігання енергії, виробленої відновлюваними джерелами, як замінник викопного палива, що використовується для транспортування, виробництва аміаку та інших промислових застосувань. Ключем до успішного використання водню як палива є можливість досягти нещодавно оголошеної мети знизити вартість чистого водню на 80% до 1 долара за кілограм протягом десятиліття.

Вчені NREL проаналізували нову технологію розщеплення води – Solar Thermochemical Hydrogen (STCH), яка може бути потенційно більш енергоефективною, ніж виробництво водню за допомогою широко використовуваного методу електролізу. Для розщеплення води на водень і кисень електролізу потрібна електрика. STCH технологія сонячного термохімічного виробництва покладається на двоетапний хімічний процес, у якому оксиди металів піддаються впливу температур вище 1400 градусів Цельсія, а потім повторно окислюються парою при нижчих температурах для отримання водню.

Це, безумовно, дуже складна область, і в ній є багато дослідницьких питань, які досі не мають відповіді, в основному з точки зору матеріалів. Сьогодні вчені доповнюють поточні дослідження з виявлення матеріалів, дивлячись на проектування на системному рівні та виконуючі техніко-економічний аналіз для інтеграції можливих матеріалів у платформу на сонячному паливі. Відкриття нового матеріалу передбачає машинне навчання, обчислення дефектів і експериментальну роботу з розробки нових матеріалів з перовскіту. Дослідникам потрібно визначити перовскіти, здатні витримувати високі температури, необхідні для досягнення поставлених цілей виробництва водню.

Техніко-економічний аналіз зосереджується на шляхах виробництва водню, кожен з яких має свої переваги та недоліки. Електроліз, наприклад, є комерційно доступним, і необхідна електроенергія може отримуватись за допомогою фотоелектричної системи (PV). Однак сучасні фотоелементи вловлюють лише частину сонячного спектру. STCH же дозволить використовувати весь спектр світла. Концентрована сонячна теплова енергія дозволяє проводити необхідну хімічну реакцію. Вчені відзначили, що активні дослідження для визначення найкращих матеріалів для STCH процесу мають вирішальне значення для успіху цього методу виробництва водню.

Дослідження STCH технології наразі фінансуються Управлінням водню та технологій паливних елементів Департаменту енергетики США. NREL є основною національною лабораторією Міністерства енергетики США з досліджень і розробок у сфері відновлюваної енергії та енергоефективності.