Kilde: sec.ucf.edu
Bruken av solenergi til å produsere hydrogen kan utføres av to prosesser: vannelektrolyse ved hjelp av solgenerert elektrisitet og direkte solvannssplitting. Når man vurderer solgenerert elektrisitet, snakker nesten alle om PV-elektrolyse. Prosessen fungerer. Faktisk ble det først demonstrert på Florida Solar Energy Center i 1983 under finansiering gjennom NASA Kennedy Space Center. Selv om det er teknologisk gjennomførbart, er det ikke økonomisk levedyktig ennå. Foruten kostnad, er det spørsmålet om hvorfor bruke elektrisitet, en veldig effektiv energibærer, til å generere hydrogen, en annen energibærer, og deretter konvertere den tilbake til elektrisitet igjen for bruk? Med andre ord, elektrisitet er så verdifull som elektrisitet, vår mest ønskelige energibærer, at vi kanskje ikke vil bruke den til noe annet enn det. Dette gjelder spesielt hvis elektrisitet er laget av fotovoltaikk. PV som energikilde matcher luftkondisjoneringstoppbelastningen til landets verktøy. Man er mye bedre å bruke PV elektrisitet som elektrisitet siden det er for bortkastet å bruke det ellers.
Når vil det være fornuftig å lage hydrogen fra solgenerert elektrisitet? Svaret er at vi vil ønske å lage hydrogen når strømmen ikke kan brukes - utenfor toppen i avsidesliggende områder, og under sesongvariasjoner. Hydrogen fra vind, vann, geotermisk eller annen form for solgenerert elektrisitet er verdifullt når ressursen ikke samsvarer med den elektriske nettbelastningsprofilen.
Hvis solenergi via PV-elektrolyse-brenselcelle ikke gir mening, hva med PV-elektrolytisk hydrogen? Faktisk gjelder det meste av diskusjonen om PV-elektrolyse hydrogenproduksjon for bruk som bilbrensel. Dette scenariet ser ikke ut til å være levedyktig. Tenk på tilfellet av en hydrogenstasjoner som dispenserer 1000 liter bensin per dag, omtrent halvparten av landsgjennomsnittet. Vær oppmerksom på at en gallon bensin inneholder omtrent samme mengde energi som i ett kilo (kg) hydrogen. Dermed vil en bensinstasjon kreve ca 1000 kg hydrogen per dag. Ved hjelp av den lavere oppvarmingsverdien av hydrogen er den elektriske energien som trengs for å generere en kg hydrogen 51 kWh (ved hjelp av en elektrolysereffektivitet på 65%). Dette betyr at 1000 kg/dag hydrogen vil kreve 51.000 kWh per dag strøm. Mengden NÅVERDI som trengs for å levere 51 000 kWh, kan estimeres ved å dele kWh med 5 timer/dag. Dermed vil 10.200 kWp eller 10.2 megawatt PV-kraft være nødvendig for å drive en 1000 kg / dag hydrogendrivstoffstasjon. Vær oppmerksom på at 1 kWp krever omtrent 10 kvadratmeter i areal for PV ved 10% effektivitet.
Den andre kategorien, direkte solvannssplitting, refererer til enhver prosess der solenergien direkte brukes til å produsere hydrogen fra vann uten å gå gjennom mellomelektrolysetrinnet. Eksempler på dette kan være:
fotoelektrisk vannsplitting - denne teknikken bruker halvledende elektroder i en fotoelektrisk celle for å konvertere lysenergi til kjemisk energi av hydrogen. Det er i hovedsak to typer fotoelektriske systemer - en ved hjelp av halvledere eller fargestoffer og en annen ved hjelp av oppløste metallkomplekser.
fotobiologisk – disse involverer generering av hydrogen fra biologiske systemer ved hjelp av sollys. Visse alger og bakterier kan produsere hydrogen under passende forhold. Pigmenter i alger absorberer solenergi, og enzymer i cellen fungerer som katalysatorer for å dele vann inn i hydrogen- og oksygenbestanddelene.
termokjemiske sykluser med høy temperatur – disse syklusene bruker solvarme til å produsere hydrogen ved vannsplitting ved hjelp av termokjemiske trinn.
biomassegassifisering – dette bruker varme til å omdanne biomasse til en syntetisk gass rik på hydrogen.
De fotoelektriske og fotobiologiske prosessene er de som må utvikles for å oppfylle de langsiktige energikravene. Dagens systemer er mindre enn 1 prosent effektive (sol til hydrogen), og de må nå mye høyere effektivitet for å være økonomisk. Det er heller ingen store installasjoner av noen av teknologiene.
Termokjemiske sykluser med høy temperatur kan oppnå utmerket effektivitet (større enn 40 prosent), men de må bruke konsentrert solmottaker / reaktorer som er i stand til å nå temperaturer over 800º C. Det er et stort utvalg av termokjemiske sykluser som har blitt studert. (Se Produksjon av hydrogen ved hjelp av soltermkjemiske vannsplittingssykluser).
Biomassegassifisering bruker varme til å endre biomasse (tre, gress eller landbruksavfall) til en syntetisk gass. Sammensetningen av gassene avhenger av typen råstoff, tilstedeværelse av oksygen, reaksjonens temperatur og andre parametere. Biomasse gasifiers har blitt utviklet som fast-seng, fluidisert-seng, og entrained-bed reaktorer.
