ที่มา:sec.ucf.edu
การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฮโดรเจนสามารถทำได้สองขั้นตอน: อิเล็กโทรลิซิสในน้ำโดยใช้ไฟฟ้าที่สร้างจากพลังงานแสงอาทิตย์และการแยกน้ำจากแสงอาทิตย์โดยตรง เมื่อพิจารณาการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ เกือบทุกคนพูดถึง PV-electrolysis กระบวนการทำงาน อันที่จริง มีการสาธิตครั้งแรกที่ Florida Solar Energy Center ในปี 1983 ภายใต้เงินทุนสนับสนุนผ่าน NASA Kennedy Space Center แม้ว่าเทคโนโลยีจะทำได้ แต่ก็ยังไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ นอกจากต้นทุนแล้ว ยังมีคำถามอีกว่าเหตุใดจึงใช้ไฟฟ้าซึ่งเป็นตัวพาพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อผลิตไฮโดรเจน ตัวพาพลังงานอีกตัวหนึ่ง แล้วแปลงกลับเป็นไฟฟ้าอีกครั้งเพื่อใช้งาน? กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไฟฟ้ามีค่ามากเท่ากับไฟฟ้า ซึ่งเป็นพาหะพลังงานที่เราพึงปรารถนาที่สุด ซึ่งเราอาจไม่ต้องการใช้มันเพื่อสิ่งอื่นใดนอกจากนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าไฟฟ้าทำจากไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ PV เป็นแหล่งพลังงานที่ตรงกับภาระสูงสุดของเครื่องปรับอากาศของประเทศ's สาธารณูปโภค การใช้ไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้ดีกว่ามาก เนื่องจากเป็นการสิ้นเปลืองเกินกว่าจะใช้เป็นอย่างอื่น
เมื่อใดจึงจะเหมาะสมที่จะสร้างไฮโดรเจนจากไฟฟ้าที่ผลิตด้วยแสงอาทิตย์ คำตอบคือ เราจะต้องการผลิตไฮโดรเจนทุกครั้งที่ไม่สามารถใช้ไฟฟ้าได้ - ปิดจุดสูงสุดในพื้นที่ห่างไกล และในช่วงที่ผันแปรตามฤดูกาล ไฮโดรเจนจากลม พลังน้ำ ความร้อนใต้พิภพ หรือรูปแบบอื่น ๆ ของไฟฟ้าที่สร้างจากพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีค่าเมื่อทรัพยากรไม่ตรงกับโปรไฟล์โหลดของกริดไฟฟ้า
หากไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ผ่านเซลล์แสงอาทิตย์-อิเล็กโทรไลซิส-เชื้อเพลิงไม่สมเหตุสมผล แล้ว PV-electrolytic ไฮโดรเจนล่ะ? อันที่จริง การอภิปรายส่วนใหญ่เกี่ยวกับ PV-electrolysis เกี่ยวข้องกับการผลิตไฮโดรเจนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานยนต์ อีกครั้งสถานการณ์นี้ดูเหมือนจะไม่สามารถใช้งานได้ พิจารณากรณีของสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่จ่ายน้ำมัน 1,000 แกลลอนต่อวัน ประมาณครึ่งหนึ่งของค่าเฉลี่ยของประเทศ โปรดทราบว่าน้ำมันเบนซินหนึ่งแกลลอนมีพลังงานในปริมาณที่พอๆ กับไฮโดรเจนหนึ่งกิโลกรัม (กก.) ดังนั้นสถานีบริการน้ำมันจะต้องการไฮโดรเจนประมาณ 1,000 กิโลกรัมต่อวัน การใช้ค่าความร้อนที่ต่ำกว่าของไฮโดรเจน พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นในการสร้างไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมคือ 51 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง (โดยใช้ประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลเซอร์ 65%) ซึ่งหมายความว่าไฮโดรเจน 1,000 กิโลกรัมต่อวันจะต้องใช้ไฟฟ้า 51,000 kWh ต่อวัน ปริมาณ PV ที่จำเป็นในการจัดหา 51,000 kWh สามารถประมาณได้โดยการหาร kWh ด้วย 5 ชั่วโมง/วัน ดังนั้น จึงจำเป็นต้องใช้พลังงาน PV 10,200 kWp หรือ 10.2 เมกะวัตต์สำหรับการดำเนินงานสถานีเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจน 1,000 กก./วัน โปรดทราบว่า 1 kWp ต้องการพื้นที่ประมาณ 10 ตารางเมตรสำหรับ PV ที่ประสิทธิภาพ 10%
ประเภทที่สอง การแยกน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์โดยตรง หมายถึงกระบวนการใดๆ ที่พลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้โดยตรงเพื่อผลิตไฮโดรเจนจากน้ำโดยไม่ต้องผ่านขั้นตอนอิเล็กโทรลิซิสระดับกลาง ตัวอย่าง ได้แก่
การแยกน้ำด้วยโฟโตอิเล็กโทรเคมี - เทคนิคนี้ใช้อิเล็กโทรดเซมิคอนดักเตอร์ในเซลล์โฟโตอิเล็กโทรเคมีเพื่อแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีของไฮโดรเจน โดยพื้นฐานแล้วระบบโฟโตอิเล็กโตรเคมีเคมีมีสองประเภท แบบแรกใช้เซมิคอนดักเตอร์หรือสีย้อม และอีกแบบใช้สารเชิงซ้อนของโลหะที่ละลายในน้ำ
photobiological - สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการสร้างไฮโดรเจนจากระบบชีวภาพโดยใช้แสงแดด สาหร่ายและแบคทีเรียบางชนิดสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม เม็ดสีในสาหร่ายดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ และเอ็นไซม์ในเซลล์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อแยกน้ำออกเป็นองค์ประกอบไฮโดรเจนและออกซิเจน
วัฏจักรเทอร์โมเคมีที่อุณหภูมิสูง – วัฏจักรเหล่านี้ใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฮโดรเจนโดยการแยกน้ำโดยใช้ขั้นตอนทางเทอร์โมเคมี
การแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวล – ใช้ความร้อนเพื่อแปลงชีวมวลเป็นก๊าซสังเคราะห์ที่อุดมด้วยไฮโดรเจน
กระบวนการ photoelectrochemical และ photobiological เป็นกระบวนการที่ต้องพัฒนาเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านพลังงานในระยะยาว ทุกวันนี้ ระบบ's มีประสิทธิภาพน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ (พลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจน) และจำเป็นต้องได้รับประสิทธิภาพที่สูงขึ้นมากจึงจะประหยัด นอกจากนี้ยังไม่มีการติดตั้งเทคโนโลยีทั้งสองขนาดใหญ่
วัฏจักรเทอร์โมเคมีที่อุณหภูมิสูงสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม (มากกว่า 40 เปอร์เซ็นต์) แต่ต้องใช้เครื่องรับ/เครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นที่สามารถไปถึงอุณหภูมิที่สูงกว่า 800 องศาเซลเซียส มีวัฏจักรทางความร้อนเคมีที่หลากหลายที่ได้รับการศึกษา (ดูการผลิตไฮโดรเจนโดยวัฏจักรการแยกน้ำด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์)
การแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวลใช้ความร้อนเพื่อเปลี่ยนชีวมวล (ไม้ หญ้า หรือของเสียทางการเกษตร) ให้เป็นก๊าซสังเคราะห์ องค์ประกอบของก๊าซขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุดิบ การมีอยู่ของออกซิเจน อุณหภูมิของปฏิกิริยา และพารามิเตอร์อื่นๆ เครื่องปฏิกรณ์ชีวมวลได้รับการพัฒนาให้เป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบตายตัว เตียงแบบฟลูอิไดซ์เบด และแบบเอนเทรน
