MIT工(gong)程師們設(she)計出一種完全依靠(kao)太陽(yang)能驅動的新型反應器系統，旨在生產綠色、零(ling)碳排放的氫(qing)燃料。

MIT的(de)工程師們提出了系統的(de)概念設計，可以高效(xiao)利用(yong)“太(tai)陽熱(re)(re)化學制(zhi)氫(qing)(qing)”。該(gai)研究公(gong)布在《太(tai)陽能雜志》上。太(tai)陽熱(re)(re)化學制(zhi)氫(qing)(qing)(STCH)是(shi)零(ling)排(pai)放(fang)的(de)替(ti)代方案。但(dan)是(shi)現有的(de)STCH設計效(xiao)率有限(xian)，只有約7%的(de)太(tai)陽光能用(yong)于制(zhi)氫(qing)(qing)。迄今為止的(de)結果是(shi)氫(qing)(qing)的(de)產量低(di)，而(er)成(cheng)本高。

MIT團隊(dui)邁出了實現太陽(yang)能制(zhi)氫的(de)重要一步，他(ta)們的(de)新設計可(ke)以利用40%的(de)太陽(yang)熱量制(zhi)氫。提高效率會降低系統總成本，使STCH成為潛(qian)在可(ke)擴展(zhan)、經濟實惠的(de)選擇(ze)，有助于減(jian)少(shao)運輸業的(de)碳排(pai)放。

MIT系(xi)(xi)統(tong)的(de)概(gai)念設計(ji)類(lei)似(si)于其他已提出(chu)的(de)設計(ji)。該(gai)系(xi)(xi)統(tong)將與(yu)現有的(de)太陽熱源（如集中式太陽能發電(dian)廠）配對，后(hou)者是一個由數百面鏡子組成的(de)圓形陣列，用(yong)于收集和反射陽光至中央接(jie)收塔。STCH系(xi)(xi)統(tong)吸收接(jie)收器的(de)熱量，用(yong)于分(fen)解水并生成氫(qing)氣。這一過程與(yu)電(dian)解不同，電(dian)解使用(yong)電(dian)而不是熱量來(lai)分(fen)解水。

STCH系統概念(nian)的(de)(de)核心(xin)是一個兩步熱(re)(re)化(hua)(hua)學反應。在第一步中，以蒸汽的(de)(de)形(xing)式存(cun)(cun)在的(de)(de)水暴露給(gei)金(jin)屬(shu)。金(jin)屬(shu)從蒸汽中吸氧(yang)，留(liu)下氫(qing)氣。這種金(jin)屬(shu)“氧(yang)化(hua)(hua)”類似于在水的(de)(de)存(cun)(cun)在下鐵的(de)(de)生銹(xiu)，但發生得(de)快(kuai)得(de)多。一旦分離出氫(qing)氣，氧(yang)化(hua)(hua)（或生銹(xiu)）金(jin)屬(shu)將(jiang)在真(zhen)空中被(bei)再次(ci)加熱(re)(re)，以逆轉生銹(xiu)過(guo)程并再生金(jin)屬(shu)。去除氧(yang)氣后，金(jin)屬(shu)可以冷卻并再次(ci)暴露給(gei)蒸汽以生成更多氫(qing)氣。這個過(guo)程可以重(zhong)復數百次(ci)。

MIT系統(tong)的(de)設計優化(hua)了這(zhe)一過程(cheng)。整個系統(tong)看(kan)起(qi)來像是火(huo)車般(ban)的(de)反(fan)應(ying)(ying)器系統(tong)，沿著圓形軌道(dao)運行。在(zai)實踐中，這(zhe)個軌道(dao)將(jiang)圍繞太陽(yang)熱源（如CSP塔）設置(zhi)。火(huo)車中的(de)每(mei)個反(fan)應(ying)(ying)器將(jiang)容納(na)進(jin)行可逆生銹過程(cheng)的(de)金屬(shu)。每(mei)個反(fan)應(ying)(ying)器首先(xian)要(yao)經(jing)過一個高溫站，在(zai)那里(li)會在(zai)高達(da)1500攝氏(shi)度(du)(du)的(de)溫度(du)(du)下暴露于太陽(yang)熱量。這(zhe)種(zhong)極端的(de)熱量可以有效地(di)從反(fan)應(ying)(ying)器的(de)金屬(shu)中吸(xi)氧。然(ran)后，金屬(shu)處于“還原(yuan)”狀態(tai)，準備(bei)好從蒸(zheng)汽中吸(xi)氧生成(cheng)氫氣(qi)。為了實現這(zhe)一過程(cheng)，反(fan)應(ying)(ying)器將(jiang)移到溫度(du)(du)約為1000攝氏(shi)度(du)(du)的(de)冷(leng)卻(que)站，那里(li)將(jiang)暴露于蒸(zheng)汽以生成(cheng)氫氣(qi)。

圖片來源于網絡

亞利(li)桑那州立大(da)學化(hua)工工程助理教授Christopher Muhich表示，我們必須考慮(lv)系(xi)統中的每一點能(neng)量(liang)的使用，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度的降低成本(ben)。利(li)用該系(xi)統，我們發現用來(lai)制(zhi)氫的熱量(liang)全(quan)部來(lai)自(zi)太陽(yang)。這(zhe)可利(li)用40%的太陽(yang)能(neng)熱量(liang)制(zhi)氫。

在(zai)(zai)接(jie)下來(lai)的(de)一年中，該團隊將建造該系統的(de)原型，并計(ji)劃在(zai)(zai)美國能源部(bu)實驗室(shi)的(de)集(ji)中式太陽(yang)能發(fa)電廠中進行(xing)測試，該項(xiang)目獲得政(zheng)府資助。