據報道，麻省理工學(xué)院(MIT)的工程師們想生產(chǎn)完全綠色的、無(wú)碳的氫燃料，使用一種新的、類(lèi)似火車(chē)的、完全由太陽(yáng)驅動(dòng)的反應堆系統。

　　在最近發(fā)表在《太陽(yáng)能雜志》上的一項研究中，工程師們提出了一個(gè)系統的概念設計，該系統可以有效地產(chǎn)生“太陽(yáng)能熱化學(xué)氫”(STCH)。該系統利用太陽(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(cháng)途卡車(chē)、輪船和飛機提供動(dòng)力，同時(shí)在這個(gè)過(guò)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(kāi)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，因為它完全依賴(lài)可再生太陽(yáng)能來(lái)驅動(dòng)氫的生產(chǎn)。

　　然而，到目前為止，現有的STCH設計效率有限：只有大約7%的射入陽(yáng)光被用來(lái)制造氫氣。迄今為止的結果是低產(chǎn)量和高成本。

　　麻省理工學(xué)院的研究小組估計，他們的新設計可以利用高達40%的太陽(yáng)熱量來(lái)產(chǎn)生更多的氫氣，這是實(shí)現太陽(yáng)能燃料的一大步。效率的提高可以降低系統的總體成本，使STCH成為一個(gè)潛在的可擴展的、負擔得起的選擇，以幫助運輸行業(yè)脫碳。

　　該研究的主要作者Ahmed Ghoniem教授表示，“我們認為氫是未來(lái)的燃料，有必要廉價(jià)、大規模地生產(chǎn)氫。我們正在努力實(shí)現能源部的目標，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，與其他提出的設計類(lèi)似，MIT的系統將與現有的太陽(yáng)能熱源相結合，比如聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)(CSP)——一個(gè)由數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系統吸收接收器的熱量并引導其分解水并產(chǎn)生氫氣。

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

　　概念性STCH系統的核心是兩步熱化學(xué)反應。在第一步中，水以蒸汽的形式暴露在金屬中。這使得金屬從蒸汽中吸收氧氣，留下氫氣。這種金屬“氧化”類(lèi)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，這可以逆轉生銹過(guò)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(guò)程可以重復數百次。

　　每個(gè)反應堆將首先通過(guò)一個(gè)熱站，在那里它將暴露在高達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堆的金屬中抽出。然后，這種金屬將處于“還原”狀態(tài)——準備從蒸汽中吸收氧氣。為了實(shí)現這一目標，反應堆將轉移到一個(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。

　　研究人員對概念設計進(jìn)行了詳細的模擬，發(fā)現它將顯著(zhù)提高太陽(yáng)能熱化學(xué)制氫的效率，從之前設計的7%提高到40%。

　　“我們必須考慮系統中的每一點(diǎn)能量，以及如何使用它，以最大限度地降低成本，”Ghoniem說(shuō)，“通過(guò)這種設計，我們發(fā)現一切都可以通過(guò)來(lái)自太陽(yáng)的熱量來(lái)提供動(dòng)力。它能夠利用40%的太陽(yáng)熱量來(lái)產(chǎn)生氫氣。”

　　明年，該團隊將建立一個(gè)系統的原型，他們計劃在目前資助該項目的能源部實(shí)驗室的集中太陽(yáng)能發(fā)電設施中進(jìn)行測試。