Получение водорода с помощью альтернативных источников энергии

Солнечная тепловая энергия.

Вода распадается на водород и кислород при температуре 2730 °C. Достигнуть этой температуры можно с помощью параболического отражателя или линзы, которая фокусирует солнечные пучм. По словам Роя Макалистера, президента американской Водородной Ассоциации, 31 000 км² в солнечном климате может обеспечить достаточно солнечного света для обеспечения энергией всех США. Однако количество воды, необходимое каждый год, равнялось бы объему озера Мид позади Дамбы Ховера. Морской воды было бы достаточно. При сжигании одной тонны водорода производится 9 тонн воды. 50% солнечного света находятся в высокотемпературном инфракрасном спектре. Тепловой распад воды кажется самым простым методом создания водорода из воды.

Джон Эрикссон разрабатывал так называемые «двигатели солнца» в 1880-х гг. Тысячи таких двигателей были проданы, чтобы качать воду, пока они не были заменены электрическими двигателями и механической энергией.

Параболическая тарелка может быть легко и дешево изготовлена. Солнечное излучение сосредоточено в точке, располагаемой выше центра тарелки. Ее называют «точкой фокусировки» солнечного концентратора. Тарелка сделана из термостойкого материала. Нагревается циркулирующая жидкость, которая поворачивает турбину для производства электроэнергии. Чем больше диаметр тарелки, тем больше количество произведенной энергии.

Проект солнечного концентратора, состоящего из параболической тарелки, паровой турбины (двигателя Стирлинга) и электрогенератора успешно реализован в США.

Параболический концентратор диаметром 3 метра вырабатывает 4−5 кВт; 6,4 метра — 25−30 кВт. КПД таких установок 28−30%. В штате Аризона летом можно получить с помощью таких установок 1,2 кВт-ч/м²; зимой — 0,62 кВт • ч/м². Эксплуатационные расходы — 5,00 долл./кВт.

Согласно Полу Клаймасу из Лаборатории Sandia, это — «доказанный, и эффективный способ произвести солнечное электричество, разработанное специально для промышленности, с технической и финансовой поддержкой Sandia…».

С помощью солнечных концентраторов можно обеспечивать необходимым теплом термохимические циклы и другие высокотемпературные методы получения водорода. Теоретически солнечный концентратор позволяет осуществлять прямое термическое разложение воды — термолиз.

Корпорация Макдоннелл Дугласа строила «концентратор, фокусирующий в одной точке» для Южной Калифорнийской Компании Эдисона в сотрудничестве с Энергетическим научно-исследовательским институтом. Устройство использует двигатель Стерлинга, чтобы производить 25 кВт электричества. В испытаниях генератор преобразовал 28% солнечных лучей в электроэнергию. Фотогальванические элементы обычно эффективны не более, чем на 12%. Устройство использует принцип сфокусированной точки на крупном масштабе. Отражатель состоит из зеркальных панелей, установленных на земле. Каждую панель можно перемещать отдельно. Компьютер в течение всего дня выравнивает всю область, чтобы сохранять точку фокусирования. В месте фокусировки температура достигает 1000 °C (1800 °F) в ясный день, чтобы произвести 10 мВт энергии. Растворимые соли переносят теплоту в термические резервуары для хранения. Если облака закрывают солнце в течение времени более, чем 30 минут, производство останавливается, пока солнце вновь не появится. Два новых резервуара были добавлены в 1992 г., что позволило продолжать выработку энергии во время облаков. С климатом Южной Калифорнии, устройство может эксплуатироваться 60% времени.

Солнечные коллекторы отслеживают солнце с самого восхода и до заката. Линейная система фокусировки использует желоб, который сосредотачивает солнечный свет по линии. Рой Макалистер, изучающий солнечные коллекторы, сделал вывод, что параболический коллектор в форме тарелки сосредотачивает солнечные лучи более эффективно.

Рой Макалистер описал способ хранения тепловой энергии без потерь. Тепло преобразовывает метан и углекислый газ в угарный газ и водород. Тепло, сохраненное в этой форме, может транспортироваться от солнечных областей до отдаленных местоположений, которые испытывают недостаток в обильной солнечной энергии. С помощью подходящего катализатора эти два газа могут быть повторно объединены в их первоначальную форму с выделением тепла. Пример реакции:

Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (СНР) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200 °C. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °C.

За световой день 6,5 часов (6,5 кВт-ч/м²) установка СНР может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг/год (около 10,4 кг/день).

Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 г. испытал технологию получения не окисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °C на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно еще раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк.

Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

Такие возобновляемые энергоресурсы, как энергия ветра, теплота верхних слоев океана, гидроэнергия, геотермальная энергия и энергия приливов могут быть использованы для получения водорода после преобразования энергии первичных источников в электроэнергию [9].