출처 : sec.ucf.edu
수소를 생산하기 위해 태양 에너지를 사용하는 것은 태양 광 발전을 이용한 물 전기 분해와 태양열 직접 분할이라는 두 가지 과정으로 수행 할 수 있습니다. 태양 광 발전을 고려할 때 거의 모든 사람들이 PV 전기 분해에 대해 이야기합니다. 프로세스가 작동합니다. 사실, NASA 케네디 우주 센터를 통한 자금 지원을 받아 1983 년 플로리다 태양 에너지 센터에서 처음 시연되었습니다. 기술적으로는 가능하지만 아직 경제적으로 실행 가능하지는 않습니다. 비용 외에도, 왜 매우 효율적인 에너지 운반자 인 전기를 사용하여 수소를 생성하고 또 다른 에너지 운반체를 생성 한 다음 다시 사용하기 위해 전기로 변환하는 이유에 대한 질문이 있습니다. 다시 말해, 전기는 우리가 가장 선호하는 에너지 운반자 인 전기만큼 가치가 있기 때문에 다른 용도로는 사용하고 싶지 않을 수 있습니다. 이것은 전기가 태양 광으로 만들어지는 경우 특히 그렇습니다. 에너지 원으로서의 PV는 전국 유틸리티의 에어컨 최고 부하와 일치합니다.' 하나는 PV 전기를 전기로 사용하는 것이 훨씬 낫습니다.
태양 광 발전으로 수소를 만드는 것이 언제 합리적일까요? 답은 전기를 사용할 수 없을 때마다 수소를 만들고 싶을 것입니다. 외딴 지역과 계절적 변동이있을 때입니다. 풍력, 수력, 지열 또는 기타 형태의 태양열 발전에서 나오는 수소는 자원이 전력망 부하 프로파일과 일치하지 않을 때 유용합니다.
PV 전해 연료 전지를 통한 태양 전기가 의미가 없다면 PV 전해 수소는 어떻습니까? 사실, PV 전기 분해에 대한 대부분의 논의는 자동차 연료로 사용하기위한 수소 생산에 관한 것입니다. 다시 말하지만,이 시나리오는 실행 가능하지 않은 것으로 보입니다. 하루에 1,000 갤런의 휘발유를 공급하는 수소 연료 충전소의 경우를 생각해보십시오. 이는 전국 평균의 약 절반입니다. 가솔린 1 갤런에는 수소 1kg (kg)과 거의 같은 양의 에너지가 포함되어 있습니다. 따라서 주유소는 하루에 약 1,000kg의 수소를 필요로합니다. 낮은 발열량의 수소를 사용하면 1kg의 수소를 생성하는 데 필요한 전기 에너지는 51kWh입니다 (전해 기 효율 65 % 사용). 이는 1,000kg / 일의 수소가 하루에 51,000kWh의 전기를 필요로한다는 것을 의미합니다. 51,000kWh를 공급하는 데 필요한 PV의 양은 kWh를 하루 5 시간으로 나누어 추정 할 수 있습니다. 따라서 1000kg / 일 수소 연료 충전소를 운영하려면 10,200kWp 또는 10.2 메가 와트의 PV 전력이 필요합니다. 1kWp는 10 % 효율의 PV를 위해 면적이 약 10 평방 미터가 필요합니다.
두 번째 범주 인 직접 태양열 물 분리는 태양 에너지가 중간 전기 분해 단계를 거치지 않고 물에서 수소를 생산하는 데 직접 사용되는 모든 과정을 말합니다. 예는 다음과 같습니다.
광전기 화학 물 분리 –이 기술은 광전기 화학 전지의 반도체 전극을 사용하여 빛 에너지를 수소의 화학 에너지로 변환합니다. 본질적으로 두 가지 유형의 광전기 화학 시스템이 있습니다. 하나는 반도체 또는 염료를 사용하는 것이고 다른 하나는 용해 된 금속 복합체를 사용하는 것입니다.
광 생물학 – 이들은 햇빛을 사용하는 생물학적 시스템에서 수소를 생성하는 것을 포함합니다. 특정 조류와 박테리아는 적절한 조건에서 수소를 생산할 수 있습니다. 조류의 안료는 태양 에너지를 흡수하고 세포의 효소는 물을 수소와 산소 성분으로 분리하는 촉매 역할을합니다.
고온 열화학 순환 –이 순환은 태양열을 이용하여 열화학 단계를 사용하여 물을 분리하여 수소를 생성합니다.
바이오 매스 가스화 – 이것은 열을 사용하여 바이오 매스를 수소가 풍부한 합성 가스로 변환합니다.
광전기 화학 및 광 생물학적 공정은 장기적인 에너지 요구 사항을 충족하기 위해 개발되어야하는 공정입니다. 오늘날'의 시스템은 1 % 미만의 효율 (태양에서 수소까지)이며 경제적이려면 훨씬 더 높은 효율에 도달해야합니다. 또한 두 기술 모두 대규모 설치가 없습니다.
고온 열화학 사이클은 뛰어난 효율 (40 % 이상)을 달성 할 수 있지만 800ºC를 초과하는 온도에 도달 할 수있는 집중 형 태양열 수신기 / 반응기를 사용해야합니다. 연구 된 열화학 사이클은 매우 다양합니다. (태양열 열화학 물 분할 사이클에 의한 수소 생산 참조).
바이오 매스 가스화는 열을 사용하여 바이오 매스 (목재, 풀 또는 농업 폐기물)를 합성 가스로 변경합니다. 가스의 구성은 공급 원료의 유형, 산소의 존재, 반응 온도 및 기타 매개 변수에 따라 다릅니다. 바이오 매스 가스화 기는 고정층, 유동층 및 연행 층 반응기로 개발되었습니다.
