Водород стал важным носителем для хранения энергии, вырабатываемой за счет возобновляемых ресурсов, в качестве замены ископаемого топлива, используемого для транспорта, при производстве аммиака и для других промышленных применений. Ключом к успешному использованию водорода в качестве топлива является возможность выполнить план Министерства энергетики по использованию водородной энергии Earthshot - недавно объявленную цель снизить стоимость чистого водорода на 80% до 1 доллара за килограмм в течение десятилетия.

Ученые NREL проанализировали новую технологию расщепления воды, называемую солнечным термохимическим производством водорода (STCH), которая потенциально может быть более энергоэффективной, чем производство водорода с помощью обычно используемого метода электролиза. Для электролиза требуется электричество, чтобы расщепить воду на водород и кислород. STCH основан на двухэтапном химическом процессе, в ходе которого оксиды металлов подвергаются воздействию температур, превышающих 1400 градусов Цельсия, а затем повторно окисляются паром при более низких температурах с получением водорода.

"Это, безусловно, очень сложная область, и в ней остается без ответа множество исследовательских вопросов, в основном с точки зрения материалов", - сказал Живен Ма, старший инженер NREL и ведущий автор новой статьи "Системный и технико-экономический анализ солнечного термохимического производства водорода", которая появляется в журнал Возобновляемые источники энергии. Его соавторами, все из NREL, являются Патрик Дэвенпорт и Женевьева Сор.

Документ дополняет текущие исследования по поиску материалов, рассматривая проектирование на системном уровне и технико-экономический анализ для интеграции возможных материалов в платформу на солнечном топливе и поддержки водородной программы Министерства энергетики. Открытие материала в рамках программы HydroGEN включало машинное обучение, расчеты дефектов и экспериментальные работы по разработке новых перовскитных материалов. Исследователям необходимо определить перовскиты, способные выдерживать высокие температуры, необходимые для достижения целевых показателей производительности.

Эта работа представляет собой часть портфолио технико-экономического анализа, сосредоточенного на путях производства водорода, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Электролиз, например, доступен в продаже, и требуемая электроэнергия может поступать от фотоэлектрических систем (PV). Однако используемые фотоэлементы улавливают только часть солнечного спектра. STCH использует весь спектр. Концентрированная солнечная тепловая энергия позволяет STCH инициировать химическую реакцию.

Ученые отметили, что активные исследования по выявлению наилучших материалов для процесса STCH имеют решающее значение для успеха этого метода получения водорода.

"Материал не обязательно был найден, - сказал Саур, - но этот анализ должен определить некоторые границы того, где, по нашему мнению, будут затраты, если материалы будут соответствовать некоторым целям и ожиданиям, которые предполагает исследовательское сообщество".

Это исследование финансируется Управлением водородных технологий и топливных элементов Министерства энергетики.