太陽能-氫能轉(zhuǎn)換

 

　　氫能是一種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉(zhuǎn)換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下：

 

　　1、太陽能電解水制氫。電解水制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法，效率較高（75%-85%），但耗電大，用常規(guī)電制氫，從能量利用而言得不償失。所以，只有當太陽能發(fā)電的成本大幅度下降后，才能實現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫。

 

　　2、太陽能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不采用這種方法制氫。

 

　　3、太陽能熱化學循環(huán)制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫，發(fā)展了一種熱化學循環(huán)制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然后加熱到較低溫度，經(jīng)歷不同的反應(yīng)階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可循環(huán)使用。熱化學循環(huán)分解的溫度大致為900-1200K，這是普通旋轉(zhuǎn)拋物面鏡聚光器比較容易達到的溫度，其分解水的效率在17.5%-75.5%。存在的主要問題是中間物的還原，即使按99.9%-99.99%還原，也還要作0.1%-0.01%的補充，這將影響氫的價格，并造成環(huán)境污染。
 

　　4、太陽能光化學分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學循環(huán)制氫有相似之處，在水中添加某種光敏物質(zhì)作催化劑，增加對陽光中長波光能的吸收，利用光化學反應(yīng)制氫。日本有人利用碘對光的敏感性，設(shè)計了一套包括光化學、熱電反應(yīng)的綜合制氫流程，每小時可產(chǎn)氫97升，效率達10%左右。

 

　　5、太陽能光電化學電池分解水制氫。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，制成太陽能光電化學電池，在太陽光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導線連接便有電流通過，即光電化學電池在太陽光的照射下同時實現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實驗結(jié)果引起世界各國科學家高度重視，認為是太陽能技術(shù)上的一次突破。但是，光電化學電池制氫效率很低，僅0.4%，只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，性能不穩(wěn)定，所以至今尚未達到實用要求。

 

　　6、太陽光絡(luò)合催化分解水制氫。從1972年以來，科學家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釘絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉(zhuǎn)移能力，并從絡(luò)合催化電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，提出利用這一過程進行光解水制氫。這種絡(luò)合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產(chǎn)生電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移和集結(jié)，并通過一系列偶聯(lián)過程，最終使水分解為氫和氧。絡(luò)合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續(xù)進行。
 

　　7、生物光合作用制氫。40多年前發(fā)現(xiàn)綠藻在無氧條件下，經(jīng)太陽光照射可以放出氫氣；十多年前又發(fā)現(xiàn)，蘭綠藻等許多藻類在無氧環(huán)境中適應(yīng)一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。目前，由于對光合作用和藻類放氫機理了解還不夠，藻類放氫的效率很低，要實現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當大的距離。據(jù)估計，如藻類光合作用產(chǎn)氫效率提高到10%，則每天每平方米藻類可產(chǎn)氫9克分子，用5萬平方公里接受的太陽能，通過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。

 

　　太陽能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換

 

　　通過植物的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機物（生物質(zhì)能）并放出氧氣。光合作用是地球上最大規(guī)模轉(zhuǎn)換太陽能的過程，現(xiàn)代人類所用燃料是遠古和當今光合作用固定的太陽能，目前，光合作用機理尚不完全清楚，能量轉(zhuǎn)換效率一般只有百分之幾，今后對其機理的研究具有重大的理論意義和實際意義。太陽能-機械能轉(zhuǎn)換20世紀初，俄國物理學家實驗證明光具有壓力。20年代，前蘇聯(lián)物理學家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽帆，在陽光的壓力作用下可推動宇宙飛船前進，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成機械能?？茖W家估計，在未來10～20年內(nèi)，太陽帆設(shè)想可以實現(xiàn)。通常，太陽能轉(zhuǎn)換為機械能，需要通過中間過程進行間接轉(zhuǎn)換。