Ученые продвигают метод производства возобновляемого водорода

Согласно анализу ученых из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), перовскитовые материалы могут сыграть важную роль в процессе производства а возобновляемым способом.


Водород стал важным носителем для хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми ресурсами, в качестве заменителя ископаемого топлива, используемого для транспорта, производства аммиака и других промышленных применений. Ключом к успешному использованию водорода в качестве топлива является возможность выполнения плана Министерства энергетики по водородной энергии Earthshot — недавно объявленной цели по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за килограмм за десятилетие.

Ученые NREL проанализировали новую технологию разделения воды, называемую производством солнечного термохимического водорода (STCH), которая потенциально может быть более энергоэффективной, чем производство водорода с помощью широко используемого метода электролиза. Электролизу нужно электричество, чтобы расщепить воду на водород и кислород. STCH основан на двухэтапном химическом процессе, в котором оксиды металлов подвергаются воздействию температур выше 1400 градусов по Цельсию, а затем повторно окисляются паром при более низких температурах для получения водорода.

«Это, безусловно, очень сложная область, и в ней до сих пор нет ответа на множество исследовательских вопросов, в основном касающихся материалов», — сказал Живэнь Ма, старший инженер NREL и ведущий автор новой статьи «Системный и технико-экономический анализ солнечной энергии». Производство термохимического водорода», которая появляется в журнале Возобновляемая энергия. Его соавторами, все из NREL, являются Патрик Давенпорт и Женевьева Саур.

Документ дополняет текущие исследования по поиску материалов, рассматривая дизайн на уровне системы и технико-экономический анализ для интеграции возможных материалов в платформу солнечного топлива и поддержки программы HydroGEN Министерства энергетики. Открытие материала в программе HydroGEN включало машинное обучение, расчет дефектов и экспериментальную работу по разработке новых перовскитовых материалов. Исследователям необходимо идентифицировать перовскиты, способные выдерживать высокие температуры, необходимые для достижения целевых показателей производительности.

В этой работе показана часть портфеля технико-экономического анализа, посвященного путям производства водорода, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Электролиз, например, коммерчески доступен, а необходимое электричество может поступать от фотогальваники (PV). Однако используемые фотоэлементы захватывают только часть солнечного спектра. STCH использует весь спектр. Концентрированная солнечная тепловая энергия позволяет STCH создавать химическую реакцию.

Ученые отметили, что активные исследования по определению лучших материалов для процесса STCH имеют решающее значение для успеха этого метода производства водорода.

«Материал не обязательно был найден, — сказал Саур, — но этот анализ должен установить некоторые границы того, где, по нашему мнению, будут затраты, если материалы будут соответствовать некоторым целям и ожиданиям, которые предполагает исследовательское сообщество».

Это исследование финансируется Управлением по технологиям водорода и топливных элементов Министерства энергетики.