利用阳光在南极生产氢的新方法

一个研究小组Helmholtz-Zentrum柏林研究了如何在南极借助阳光产生氢气，以及哪种方法具有很高的潜力。

这项研究是与乌尔姆大学和海德堡大学的科学家合作进行的。

分析得出的结论是，在极端寒冷的地区，直接将光伏组件固定到电解槽上，即对它们进行热耦合，效率会显著提高。原因是光伏组件产生的废热提高了在这种环境下电解的效率。

这项研究结果最近发表在能源与环境科学欧洲杯线上买球对地球上其他寒冷地区，如加拿大、阿拉斯加和高山地区，也有同样的影响。在这些地方，太阳能氢可能有助于替代石油和石油等化石燃料。

当来自海德堡大学的环境物理学家Kira Rehfeld为她的研究访问南极洲时，她被那里强烈的光所震撼。

Rehfeld指出,“夏天总是很亮。这种太阳辐射实际上可以用来为研究基础设施提供能源”。

到目前为止，在这些偏远地区，加热器、发动机和发电机主要依靠化石燃料提供动力，比如汽油或石油，这些由船舶运输的燃料会导致全球变暖。除了高昂的相关经济费用，即使是最小的泄漏造成的污染也被认为是一个大问题，危及特别敏感的生态系统。

寻找环保解决方案

然而，氢可以取代化石燃料，被认为是一种多功能的能源介质，也可以在低温下储存得非常好。

因此，我们的想法是，在南极夏季，通过电解将水分解成氢和氧，利用太阳能模块就地生产气候中性的氢．

Matthias M. May，博士后，柏林亥姆霍兹中心太阳能燃料研究所

Rehfeld和May向大众基金会寻求资金支持，以研究在零下的温度下是否可以利用阳光生产氢气，以及哪种技术最适合。低温有助于显著降低电解效率，尽管低温可以提高大多数太阳能组件的效率。

热耦合的作用

现在，May和他的合作伙伴Moritz Kölbach对两种不同的方法进行了实证比较:一种是传统的设置，其中光伏组件在物理上和热上与电解池隔离，另一种是新鲜的、热耦合的设置，其中光伏组件与电解池的墙壁密切合作，从而促进热扩散。

为了模拟南极环境，Kölbach收集了一个冰箱，在门上开了一个洞，然后安装了一扇石英窗，并用模拟的阳光照亮橱柜的内部。然后，在电解容器中装入冰点在−35°C左右、导电性良好的30%硫酸(也称为电池酸)。

利用余热加强电解

接下来，通过Kölbach建立实验细胞并进行一系列测量。在运行的时候，很明显，通过热耦合光伏组件的电池产生了相对更多的氢，因为被照亮的光伏组件将其余热直接传递给电解槽。

”我们甚至可以通过在电解槽中添加额外的隔热层来提高效率。因此，在光照下，电解液温度从-20℃上升到+13.5℃”,表示Kolbach。

研究结果表明，热耦合系统比热解耦系统具有更高的效率。然而，目前还不清楚这些好处能否在经济上得到利用。

因此，在下一阶段中，我们希望在现实的条件下测试原型。这肯定会令人兴奋，我们目前正在为此寻找合作伙伴．

Matthias M. May，博士后，柏林亥姆霍兹中心太阳能燃料研究所

本地生产的太阳能氢可以替代化石燃料，并减少与环境和一氧化碳相关的污染危险₂不仅是在南极，而且在世界上其他极端寒冷和人口最少的地区，如阿尔卑斯山脉、安第斯山脉、阿拉斯加、加拿大和喜马拉雅山等其他山区。

也许在世界上这些偏远地区，太阳能产生的氢气最初在经济上是可行的．

Matthias M. May，博士后，柏林亥姆霍兹中心太阳能燃料研究所

梅回忆起大约60年前光伏技术开始为太空卫星提供电力的可喜进展。

这项研究得到了大众基金会“实验!”资助计划(“南极太阳能氢:极端条件下的水分裂”)。

期刊引用:

Kolbach, M。等．(2021)在极冷环境下热耦合太阳能制氢效率的提高。能源与环境科学欧洲杯线上买球．doi.org/10.1039/D1EE00650A．

来源:https://www.helmholtz-berlin.de/