산소와 열을 사용하여 태양 에너지로 수소를 만드는 것은 보너스입니다.

수소는 유용한 기체이다. 비행선을 띄우거나, 트럭에 연료를 공급하거나, 산업 공정을 가열하려는 경우 수소가 그 일을 할 수 있습니다. 그러나 그것을 생산하는 것은 현재 어려운 문제입니다. 재생 가능 에너지를 사용하여 깨끗하게 생산할 수 있지만 심각한 오염을 발생시키는 공정을 사용하여 탄화수소 연료에서 분리하는 것이 훨씬 더 저렴한 경우가 많습니다.

하지만 깨끗하고 지속 가능한 공정에서 수소를 보다 효율적으로 생성하는 방법이 있습니다. 이는 또한 부산물로 유용한 열과 산소를 ​​생성합니다. 과정의 핵심은? 집중된 햇빛.

수소는 연소할 수 있거나 배출을 최소화하거나 전혀 배출하지 않고 전기를 생산하는 데 사용할 수 있다는 점에서 미래의 청정 연료로 선전되고 있습니다. 이는 자동차, 트럭, 기차, 비행기, 심지어 건설 장비의 잠재적인 연료로 선전되고 있습니다. 그러나 수소 자체는 깨끗하지만 생성하는 것은 그렇지 않은 경우가 많습니다. 나노입자부터 고급 열분해 공정까지 모든 것을 조사하는 연구원들과 함께 대규모로 수소를 생산하는 깨끗한 방법을 찾기 위한 경쟁이 진행되고 있습니다. 사람들이 "녹색 수소"에 대해 이야기하는 것을 들을 때마다 이것이 의미하는 바입니다. 불쾌한 온실가스 배출 없이 수소를 생산한다는 것입니다.

매우 깨끗한 수소를 생산하는 데 중점을 두고 있습니다. 연구자들은 Nature에 발표된 논문에 따라 태양 가수분해 기술을 사용하여 킬로와트 규모의 파일럿 플랜트를 시연했습니다. 시스템은 도시 수돗물을 사용하여 작동하며, 이는 원자로에 사용할 수 있도록 준비하기 위해 여러 미립자 필터와 탈이온수기를 통과합니다. 원자로 내부에서 탈이온수는 직경 7미터의 포물선형 거울 접시에 포착된 빛에 의해 가열됩니다. 이 접시는 원자로에 도달하는 태양 에너지를 최대화하기 위한 집광기 역할을 합니다. 이 빛은 물을 가열할 뿐만 아니라 실제로 물을 수소와 산소로 분리하는 PEM 전기분해 전지를 작동하기 위한 에너지를 제공하는 광전지 패널에 도달합니다.

시스템의 핵심은 태양 에너지 입력의 이중 목적입니다. 가장 기본적인 아이디어는 단순히 광전지 시스템의 태양 에너지를 사용하여 PEM 전기분해 전지에 전력을 공급하는 것입니다. 하지만 이 경우 태양 에너지는 물을 가열하는 데에도 사용되므로 전기화학 공정의 성능이 크게 향상됩니다.

또한 전체적인 접근 방식은 시스템에서 생성되는 경제적 가치를 극대화합니다. 시스템의 폐열은 열교환기를 통해 수집되어 다양한 외부 난방 목적으로 사용될 수 있습니다. 또한 이 시스템은 수소뿐만 아니라 산소도 생산합니다. 이는 연료로서 직접적으로 유용하지는 않지만 다양한 산업 및 의료 응용 분야에 여전히 유용합니다.

파일럿 플랜트에서는 하루에 약 0.5kg의 수소를 생산합니다. 이는 유럽인이 상당히 평균적인 연간 마일리지를 쌓고 있는 단일 수소 자동차에 전력을 공급하기에 충분합니다. 또는 이러한 설치는 평균 스위스 가구의 전기 수요의 약 절반과 연간 열 수요의 절반 이상을 제공할 수 있습니다. 하지만 현실적으로 이 경우에는 직선형 태양광 발전이 훨씬 더 간단할 것입니다.

스위스 금속 생산 공장에서 사용할 수소를 생산할 수백 킬로와트 규모의 더 큰 시스템을 구축하려는 계획이 이미 마련되어 있습니다. 또한 의료용 산소를 공급하고 공장에서 사용할 온수를 공급할 예정이다.

또한, 자신만의 유사한 시스템을 설계하는 데 관심이 있다면 도움을 받을 수 있습니다. EPFL(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)은 Solar PhotoElectroChemical Device Optimization 도구(줄여서 SPECDO)를 출시했습니다. 기본적으로 이는 특정 태양광 수소 발생기의 성능 매개변수를 결정하는 계산기로 가득 찬 웹페이지입니다. 하지만 엔지니어링에 능숙해야 하며 설계에 효과적인 PEM 전해조를 공급할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

수소가 미래의 주류 연료가 된다면 이를 효율적으로 만드는 태양 광화학 공정이 핵심이 될 것입니다. 결국 온실가스를 배출하는 방식으로 수소를 생산한다면 운송과 산업을 수소 연료로 전환하기 위해 막대한 돈을 지출할 필요가 없습니다. 동시에, 이 연구는 수소가 여전히 우리의 모든 문제에 대한 만능 해결책이 아니라는 것을 보여줍니다. 교체하려는 연료보다 더 깨끗한 연료를 얻으려면 상당한 엔지니어링과 기교가 필요합니다.