工程师开发水分解太阳能热系统生产氢燃料

新技术可生产氢燃料

一个艺术家构想的商业氢气生产工厂,利用阳光分解水,以生产清洁的氢燃料。图片由科罗拉多大学博尔德分校提供

来自科罗拉多大学博尔德分校的工程师们设计了一种太阳能热能系统,这种系统可以用来分解水,从而产生清洁的氢燃料。

美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的一个研究小组开发了一种全新的技术,利用太阳能将水有效地分解为氢和氧的成分,为氢作为一种清洁、绿色燃料的广泛使用铺平了道路。

科罗拉多大学博尔德分校的研究小组设计了一种太阳能热能系统,在这种系统中,阳光可以通过一排巨大的镜子集中到几百英尺高的中心塔顶的一个点上。该塔可以将镜子系统产生的热量收集到大约2500度华氏温度(1,350.摄氏),然后将其送入一个含有被称为金属氧化物的化合物的反应堆,铜博尔德大学的教授Alan Weimer说,他是研究小组的领导者。

当金属氧化物化合物加热时,它释放氧原子,改变其材料组合物并使新形成的化合物寻找新的氧原子,称韦默。该团队表明,添加到系统的蒸汽 - 可以通过在反应器中沸水的浓缩阳光与塔架的浓缩阳光来产生 - 将导致水分子中的氧气粘附到金属氧化物的表面上,释放作为氢气收集的氢分子。

多管太阳能反应堆分离水生产清洁氢燃料

科罗拉多大学博尔德分校的一个多管太阳能反应堆实验室模型,它可以用来分解水,以生产清洁的氢燃料。图片由科罗拉多大学博尔德分校提供

化学与生物工程系的魏默说:“我们在这里设计了一种不同于其他方法的东西,坦率地说,这是以前没有人认为可能的东西。”“利用阳光分解水是可持续氢经济的圣杯。”

关于该主题的论文已在8月2日发表的科学问题.该团队包括联合主导作者威尔和副教授查尔斯·摩根家族,第一作者和博士生克里斯托弗Muhich,博士后研究员Janna Martinek,本科Kayla Weston,前Cu研究生Paul LiChty,前CU Postdoctoral研究员新华梁和前Cu研究员Brian Evanko.

同样是化学和生物工程系的马斯格雷夫说,CU方法和其他分离水的方法的关键区别之一是在同一温度下进行两种化学反应的能力。虽然没有可行的模型,但传统的理论认为,通过金属氧化物工艺生产氢气需要将反应器加热到高温去除氧气,然后将其冷却到低温,然后注入蒸汽重新氧化化合物,以释放氢气供收集。

马斯格雷夫说:“更传统的方法需要控制反应堆温度从热状态到冷状态的转换,以及向系统中引入蒸汽。”他说:“我们系统的一大创新是温度没有变化。整个过程都是通过打开或关闭蒸汽阀门来驱动的。”

Muhich说:“就像你用放大镜生火一样,我们可以集中太阳光,直到它非常热,然后用它来驱动这些化学反应。”“虽然我们可以很容易地把它加热到1350摄氏度以上,但我们想把它加热到可能的最低温度,使这些化学反应仍然发生。”更高的温度会导致迅速的热膨胀和收缩,可能会对化学物质和反应堆本身造成损害。”

此外,Weimer说,传统的分两步分解水的方法也浪费时间和热量。Weimer也是科罗拉多大学博尔德分校生物前沿研究所的一名教员。“一天只有那么几个小时的阳光,”他说。

这项研究得到了美国国家科学基金会和美国能源部的支持。

利用新的Cu-Boulder方法,为燃料电池或储存产生的氢气量完全取决于金属氧化物的量 - 由铁,钴,铝和氧气的组合组成 - 以及多少蒸汽引入系统。该团队提出的一个设计之一是将电抗管构建大致直径,几英尺长,用金属氧化物材料填充并堆叠在一起。生产大量氢气的工作系统需要许多高大的塔,以从每个塔周围的几英亩的镜子中聚集浓缩阳光。

Weimer表示,两年前,新设计在团队中开始渗透。“当我们看到我们可以使用这种更简单,更有效的方法时,它需要改变我们的思想,”Weimer说。“我们必须制定一个解释它的理论,并使其可信而能为力,并可易于理解其他科学家和工程师。”

尽管有这一发现,这种太阳能热反应堆的商业化可能还需要几年的时间。“天然气的价格这么低,没有动力燃烧清洁能源,”Weimer说,他也是科罗拉多生物精炼和生物燃料中心(C2B2)的执行主任。“必须对向大气中排放碳的行为处以巨额罚款,否则化石燃料的价格就必须大幅上涨。”

C2B2是科罗拉多能源研究合作实验室的一个分支,包括科罗拉多大学博尔德分校、科罗拉多矿业学院、科罗拉多州立大学和戈尔登国家可再生能源实验室。该实验室与行业伙伴、公共机构和其他机构合作,将可再生能源技术商业化,支持州和国家的经济增长,并教育未来的劳动力。

欲了解更多有关化学和生物工程学系的信息,请访问http://www.colorado.edu/chbe/.欲了解更多有关C2B2的信息,请访问http://www.c2b2web.org.欲了解更多关于生物前沿研究所的信息,请访问http://biofrontiers.colorado.edu

出版物:Christopher L. Muhich等,“通过用等温氧化还原循环分裂水,”2013年科学,Vol。341,没有。6145,pp。540-542;DOI:10.1126 / Science.1239454

图片:科罗拉多大学博尔德分校

11日评论有关“工程师开发分水太阳能热系统以生产氢燃料”

  1. “利用阳光分解水是可持续氢经济的圣杯。”

    哦,是吗?随着地球上能源消耗的持续快速增长——还要多少年我们才能耗尽80%的海洋?....200、400、1000。然后呢?移居火星?

    • 氢气将用于燃料电池。燃料电池将水作为副产品。不确定将如何抵消氢的创造。

    • 马丁你是个白痴。不确定为什么要读这篇文章,因为您有可能理解您正在阅读的内容。氢燃料的燃烧产生水,可以再次拆分进入,你得到它,更多的氢燃料。

    • 我们从不清空我们的海洋。能量将被利用,并重新转化为水蒸气。

    • 这在很多方面都是错误的。他们付钱给那些发布这些东西来迷惑读者的人吗?水——氢——水意味着你永远不会用完水。永远。一点也不担心。

  2. 拜托,托尔,告诉我们你是在讽刺。

    更大的潜在问题是,对于这样一个系统来说,有很多太阳的地方,淡水往往是非常珍贵的,所以它可能有有限的区域,在那里你可以用这个系统产生大量的氢气。

  3. 氢本身并不是一种很好的燃料。它会损坏金属容器,并在空气中迅速消散。但. .把氢加到碳上你就能得到和我们现在从化石中得到的一样好的燃料。这是我们用完之后的技术。

  4. 谷歌,伊万斯帕太阳能厂…和这篇文章中画的那位艺术家的相似之处是精确的。让你觉得这个政府支持的项目正在生产氢气…

  5. 不错的话题

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