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即將到來(lái)的是“屋頂制氫”。這還需要幾年的時(shí)間，但科學(xué)界和工業(yè)界的許多人都相信，這是肯定會(huì)發(fā)生的。
想象一下在你的屋頂上有一個(gè)裝置——一個(gè)電解槽——它連接著一個(gè)圓柱體，或者是通向地下室大水箱的管道。你把這個(gè)裝置的一個(gè)腔室裝滿水。第二天，你的汽缸或燃料箱裝滿了氫——你的汽車或爐灶的燃料。
印度屋頂太陽(yáng)能發(fā)電的問(wèn)題與各國(guó)有配電公司的不妥協(xié)態(tài)度有很大關(guān)系。由于缺乏對(duì)剩余能源的可靠承購(gòu)，加之價(jià)格低廉，阻礙了印度屋頂太陽(yáng)能的發(fā)展。
將太陽(yáng)能儲(chǔ)存在電池中一直是一項(xiàng)昂貴的提議，盡管電池成本的大幅下降很有希望。然而，由于世界正迅速轉(zhuǎn)向氫，有一種替代電池的方法。
在這里，人們可以利用屋頂太陽(yáng)能發(fā)電廠的電力在屋頂上分解水來(lái)生產(chǎn)氫;更妙的是，一些新興技術(shù)正在使光解成為可能——利用光化學(xué)電池(PEC)，在沒有電的界面的情況下直接利用陽(yáng)光將水分解。
印度理工學(xué)院馬德拉斯分校太陽(yáng)能研究小組負(fù)責(zé)人阿拉文德·庫(kù)馬爾·錢迪蘭教授今年8月宣布，他們開發(fā)了一種“新材料”(一種“扭曲的哈利德鈣鈦礦”)，可以用來(lái)在陽(yáng)光下分解水。
印度理工學(xué)院古瓦哈蒂分校的Mohammed Qureshi教授最近宣布，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種催化劑(鈷錫層狀雙氫氧化物和釩酸鉍)，當(dāng)用作“光陽(yáng)極”時(shí)，可以將水分解成氫和氧。
庫(kù)雷希教授告訴《量子》雜志，現(xiàn)在就評(píng)論是否可以將其縮小到屋頂發(fā)電廠還為時(shí)尚早，但學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的許多人認(rèn)為，小型氫氣發(fā)電機(jī)在未來(lái)將無(wú)處不在。
即使你想把直接從陽(yáng)光中分解水的技術(shù)放在一邊，而只考慮傳統(tǒng)的電解技術(shù)，也有足夠的證據(jù)表明小規(guī)模的氫氣工廠正在到來(lái)。
大小無(wú)關(guān)緊要
總部位于美國(guó)的Ohmium的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人阿恩·巴蘭廷(Arne Ballantine)表示:“基礎(chǔ)物理學(xué)表明，這些技術(shù)的大小并不重要。”該公司已開始在班加羅爾生產(chǎn)電解器。
“是的，‘屋頂氫氣’的想法變得非常、非常真實(shí)，”Ballantine說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)，“我們正在超越化工廠的世界，那里最有效的制造氫氣的方式是一個(gè)巨大的裝置。”
一家名為“氫化資源”(hydrogen Resources)的新成立公司的執(zhí)行主席Umesh Sachdev告訴《量子》雜志(Quantum)，該公司正在與屋頂太陽(yáng)能安裝商洽談，希望在太陽(yáng)能工廠旁邊安裝小型電解槽，從剩余的太陽(yáng)能中生產(chǎn)氫。
德國(guó)電解槽生產(chǎn)商Enapter的董事長(zhǎng)塞巴斯蒂安-賈斯特斯?施密特(Sebastian-Justus Schmidt)曾談到微波爐大小的設(shè)備。他們可以和屋頂?shù)奶?yáng)能發(fā)電廠結(jié)婚。
施密特在2020年說(shuō):“今天，我們只需要4.4千瓦時(shí)的電力就可以生產(chǎn)1立方米的氫氣。”
現(xiàn)在，4.4千瓦時(shí)的電力通常是一個(gè)1千瓦的屋頂太陽(yáng)能發(fā)電廠的輸出。
蘇格蘭的純能源中心和西班牙的H2B2等公司已經(jīng)在生產(chǎn)小型電解槽。
施密特說(shuō):“到2030年，氫的需求預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)1000倍或更多，而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)這種氣體的分散系統(tǒng)，沒有運(yùn)輸成本，將帶來(lái)巨大的變化。”
顯然，家庭可以在屋頂上生產(chǎn)(并消耗)氫氣，也可以從其他內(nèi)部工廠生產(chǎn)。
百齡壇對(duì)此非常強(qiáng)調(diào)。電化學(xué)制氫——水電解——將遵循半導(dǎo)體和芯片的模式。迷你、微型和納米結(jié)構(gòu)將一次又一次地獲勝，”他說(shuō)。
成本因素
當(dāng)然，目前成本是個(gè)問(wèn)題——有人估計(jì)，由于電解槽的成本，屋頂氫氣的成本約為每公斤7.50美元;但那時(shí)，太陽(yáng)能光伏組件的售價(jià)也超過(guò)了1美元/瓦，不到5年就跌至1 / 5。隨著電解槽制造業(yè)的發(fā)展，規(guī)模將有助于降低成本。
Ohmium的首席技術(shù)官Chock Karuppiah說(shuō):“屋頂氫氣燃料的關(guān)鍵推動(dòng)因素是‘冷啟動(dòng)’和‘快速啟停’循環(huán)功能。”
在不使用電力直接從陽(yáng)光中分解水的問(wèn)題上，Karuppiah說(shuō)，光電化學(xué)系統(tǒng)“可能看起來(lái)像一個(gè)理想的解決方案”，但仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。
“單個(gè)設(shè)備解決方案的設(shè)計(jì)需要在許多需求之間取得平衡(光的特性、離子種類、電流、液態(tài)水和氣態(tài)氫)。單靠一個(gè)設(shè)備很難做到這點(diǎn)。”Karuppiah說(shuō)。
他補(bǔ)充說(shuō)，太陽(yáng)能電池和電解電池的集成將加速商業(yè)應(yīng)用。
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