據(jù)報(bào)道，麻省理工學(xué)院(MIT)的工程師們想生產(chǎn)完全綠色的、無碳的氫燃料，使用一種新的、類似火車的、完全由太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)堆系統(tǒng)。

　　在最近發(fā)表在《太陽(yáng)能雜志》上的一項(xiàng)研究中，工程師們提出了一個(gè)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可以有效地產(chǎn)生“太陽(yáng)能熱化學(xué)氫”(STCH)。該系統(tǒng)利用太陽(yáng)的熱量直接分解水并產(chǎn)生氫——一種清潔的燃料，可以為長(zhǎng)途卡車、輪船和飛機(jī)提供動(dòng)力，同時(shí)在這個(gè)過程中不會(huì)排放溫室氣體。

　　如今，氫氣主要是利用天然氣和其他化石燃料作為能源而進(jìn)行生產(chǎn)的，這使得從生產(chǎn)開始到最終使用，這種原本綠色的燃料更像是一種“灰色”能源。相比之下，STCH提供了一種完全零排放的替代方案，因?yàn)樗耆蕾嚳稍偕?yáng)能來驅(qū)動(dòng)氫的生產(chǎn)。

　　然而，到目前為止，現(xiàn)有的STCH設(shè)計(jì)效率有限：只有大約7%的射入陽(yáng)光被用來制造氫氣。迄今為止的結(jié)果是低產(chǎn)量和高成本。

　　麻省理工學(xué)院的研究小組估計(jì)，他們的新設(shè)計(jì)可以利用高達(dá)40%的太陽(yáng)熱量來產(chǎn)生更多的氫氣，這是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能燃料的一大步。效率的提高可以降低系統(tǒng)的總體成本，使STCH成為一個(gè)潛在的可擴(kuò)展的、負(fù)擔(dān)得起的選擇，以幫助運(yùn)輸行業(yè)脫碳。

　　該研究的主要作者Ahmed Ghoniem教授表示，“我們認(rèn)為氫是未來的燃料，有必要廉價(jià)、大規(guī)模地生產(chǎn)氫。我們正在努力實(shí)現(xiàn)能源部的目標(biāo)，即到2030年以每公斤1美元的價(jià)格生產(chǎn)綠色氫。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，我們必須提高效率，并確保我們收集的大部分太陽(yáng)能用于生產(chǎn)氫氣。”

　　具體而言，與其他提出的設(shè)計(jì)類似，MIT的系統(tǒng)將與現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱源相結(jié)合，比如聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠(CSP)——一個(gè)由數(shù)百面鏡子組成的圓形陣列，收集陽(yáng)光并將其反射到中央接收塔。然后STCH系統(tǒng)吸收接收器的熱量并引導(dǎo)其分解水并產(chǎn)生氫氣。

　　值得注意的事，這個(gè)過程與電解非常不同，電解使用電而不是熱來分解水。

　　概念性STCH系統(tǒng)的核心是兩步熱化學(xué)反應(yīng)。在第一步中，水以蒸汽的形式暴露在金屬中。這使得金屬?gòu)恼羝形昭鯕?，留下氫氣。這種金屬“氧化”類似于鐵在水中的生銹，但發(fā)生的速度要快得多。

　　一旦氫被分離，氧化(或生銹)的金屬在真空中重新加熱，這可以逆轉(zhuǎn)生銹過程并使金屬再生。除去氧氣后，金屬可以冷卻并再次暴露在蒸汽中以產(chǎn)生更多的氫。這個(gè)過程可以重復(fù)數(shù)百次。

　　每個(gè)反應(yīng)堆將首先通過一個(gè)熱站，在那里它將暴露在高達(dá)1500攝氏度的太陽(yáng)熱量下。這種極端的高溫會(huì)有效地將氧氣從反應(yīng)堆的金屬中抽出。然后，這種金屬將處于“還原”狀態(tài)——準(zhǔn)備從蒸汽中吸收氧氣。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，反應(yīng)堆將轉(zhuǎn)移到一個(gè)溫度在1000攝氏度左右的較冷的站，在那里它將暴露在蒸汽中產(chǎn)生氫氣。

　　研究人員對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的模擬，發(fā)現(xiàn)它將顯著提高太陽(yáng)能熱化學(xué)制氫的效率，從之前設(shè)計(jì)的7%提高到40%。

　　“我們必須考慮系統(tǒng)中的每一點(diǎn)能量，以及如何使用它，以最大限度地降低成本，”Ghoniem說，“通過這種設(shè)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)一切都可以通過來自太陽(yáng)的熱量來提供動(dòng)力。它能夠利用40%的太陽(yáng)熱量來產(chǎn)生氫氣。”

　　明年，該團(tuán)隊(duì)將建立一個(gè)系統(tǒng)的原型，他們計(jì)劃在目前資助該項(xiàng)目的能源部實(shí)驗(yàn)室的集中太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施中進(jìn)行測(cè)試。

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