DLR光熱高效制氫裝置將于PSA進(jìn)行測試 有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用
發(fā)布者：本網(wǎng)記者Cecilia | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 7162查看 | 2017-12-06 18:16:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：近日，德國宇航中心及其國際項(xiàng)目合作伙伴聯(lián)合展示了目前規(guī)模最大的可用于制氫的太陽能化學(xué)裝置。
該裝置是HYDROSOL_Plant項(xiàng)目的研發(fā)成果，在該項(xiàng)目中，德國宇航中心研究人員與合作公司協(xié)同深入研發(fā)了利用太陽輻射直接制氫的技術(shù)，并通過重新選擇材料與更改反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)，成功將制氫裝置的工作功率從之前的100kW提升至750kW。在接下來的幾個(gè)月中，研究人員將在西班牙南部的PSA光熱發(fā)電平臺對該裝置進(jìn)行運(yùn)行測試，并檢驗(yàn)選材是否合理。
HYDROSOL_Plant國際項(xiàng)目由希臘浮質(zhì)和粒子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（CERTH-CPERI-APTL）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，由DLR、西班牙環(huán)境能源技術(shù)研究中心（CIEMAT）、荷蘭HyGear公司以及希臘能源供應(yīng)公司Hellenic Petroleum聯(lián)合開發(fā)，并由歐洲燃料電池和氫氣聯(lián)合（FCH 2 JU）技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目提供資金支持。在該項(xiàng)目中，DLR太陽能研究所主要負(fù)責(zé)太陽能反應(yīng)堆開發(fā)、裝置設(shè)計(jì)以及測控技術(shù)等工作。
可利用陽光實(shí)現(xiàn)高效水分解
在運(yùn)輸及供熱領(lǐng)域，氫有望顯著提高可再生能源使用比例，舉一個(gè)簡單的例子，其可直接應(yīng)用于裝有燃料電池驅(qū)動器的車輛上。此外，氫還是生成甲烷、甲醇、汽油和煤油等合成燃料的組成部分。因此，利用可再生能源制氫可以顯著減少運(yùn)輸和供熱行業(yè)的二氧化碳排放量。
該裝置通過利用太陽熱能的熱化學(xué)氧化還原反應(yīng)直接生成氫。在該裝置中，反射鏡裝置將太陽光聚焦于一點(diǎn)并產(chǎn)生超高溫，在高溫作用下，水得以分解成氫和氧。制氫步驟的第一步，即利用太陽光將反應(yīng)堆內(nèi)部的氧化還原材料（例如鎳鐵氧體或氧化鈰）加熱至1400攝氏度，此時(shí)，金屬氧化物會被化學(xué)還原，氧得以釋放并逸出反應(yīng)堆。實(shí)際的水分解則發(fā)生于第二步驟，這一步驟需要800至1000攝氏度的溫度條件。在這一步中，研究人員會讓水蒸氣流過反應(yīng)堆，之前已被還原的材料會被再次氧化。由于水蒸氣中的氧與材料結(jié)合生成金屬氧化物，所以會被保留在反應(yīng)器中，而氫則自由逸出。待材料被完全氧化，就完成一個(gè)完整的循環(huán)過程，下一個(gè)過程又會重新開始。
效率更高，耐候性更佳
研究人員在早期研發(fā)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，大幅改良了反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及選材。通過利用具有反射材料涂層的錐體，太陽輻射可進(jìn)行二次聚焦，逸出熱量得以減少，因此該裝置整個(gè)工作過程的效率顯著提高。新研發(fā)的陶瓷泡沫具有更高的氫收率和更佳的耐候性。據(jù)研究人員預(yù)計(jì)，在測試模式下每周可產(chǎn)生大約三公斤的氫氣。
DLR太陽能研究所項(xiàng)目經(jīng)理Martin Roeb表示：“通過HYDROSOL_Plant項(xiàng)目，我們首次設(shè)計(jì)出了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)從發(fā)電→高純氫提取→氫存儲等完整過程的太陽能制氫裝置。雖然我們的工作目前尚處于研究階段，但我們現(xiàn)在每周已經(jīng)可以生產(chǎn)一公斤的氫氣，這是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字。一輛高效的燃料電池汽車可以在一公斤氫氣驅(qū)動下行駛100多公里。”
未來10年內(nèi)或可實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用
氫是最重要的基本化學(xué)元素之一，目前主要用于肥料的生產(chǎn)以及原油的脫硫。在日本，現(xiàn)已有20余萬個(gè)燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用于建筑生產(chǎn)，其目的也是將氫用于大型天然氣發(fā)電項(xiàng)目中來生產(chǎn)能源，從而取代化石燃料及核電站。氫在工業(yè)（如鋼鐵生產(chǎn)）中的應(yīng)用也可顯著減少二氧化碳排放。
DLR研究人員認(rèn)為該裝置實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用仍需幾年時(shí)間，Roeb表示：“該裝置的首個(gè)應(yīng)用程序可以作為一個(gè)獨(dú)立的解決方案，應(yīng)用于沒有電網(wǎng)連接的區(qū)域。在這些情況下，每周生產(chǎn)10公斤的氫可能已經(jīng)是一件很值得做的事情。而在未來十年的時(shí)間內(nèi)，該裝置將有可能實(shí)現(xiàn)氫的工業(yè)化生產(chǎn)?！?/div>
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