《能源》34 (2009) 1073-1090 中文翻譯

1、《能源》34(2009)10731090太陽能制氫技術(shù)及其在中國的發(fā)展太陽能制氫技術(shù)及其在中國的發(fā)展L.J.GuoL.ZhaoD.W.JingY.J.LuH.H.YangB.F.BaiX.M.ZhangL.J.MaX.M.Wu中國西安陜西西安交通大學(xué)國家電力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，710049。文章信息：文章歷史，2007年7月28日收到；2008年7月19日修訂；2009年3月24日接受；2009年5月20日發(fā)表在網(wǎng)上。關(guān)鍵詞，太陽

2、能；生物質(zhì)；制氫；超臨界水氣化；光催化分解水。摘要因?yàn)槿祟惿鐣妥匀唤缈沙掷m(xù)發(fā)展的需要，建設(shè)可再生能源系統(tǒng)是當(dāng)今社會必須重視的重要問題之一。新的能源系統(tǒng)里要求有一種可再生的燃料來取代當(dāng)前的能源載體。氫氣是一種理想的二級能源。利用太陽能大規(guī)模生產(chǎn)氫，可以解決可持續(xù)發(fā)展的問題，環(huán)境排放問題，能源安全問題，成為國際社會在能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新焦點(diǎn)。它已被眾多國際制氫項(xiàng)目設(shè)置為重要的研究方向.中國國家科學(xué)技術(shù)部支持并建立了中國國家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃

3、（973計(jì)劃）2003年太陽能制氫領(lǐng)域用太陽能大量制氫的基礎(chǔ)研究。關(guān)于太陽能制氫現(xiàn)狀的研究以及在這個項(xiàng)目中所取得的一些顯著成果已經(jīng)在這篇報(bào)告中寫出。（文章）對中國太陽能制氫領(lǐng)域未來的發(fā)展，及研究趨向進(jìn)行了簡要的討論。2009愛思唯爾版權(quán)所有。1介紹中國是世界上最大的能源消耗國之一。中國以消耗煤炭為主，排放了大量的CO2，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染。它使得中國在20—30年內(nèi)成為世界上最大的溫室氣體排放源頭。解決這些全球關(guān)注的問題，要增加可持續(xù)

4、發(fā)展能源作為當(dāng)前能源替代品得使用。這個結(jié)果加強(qiáng)了人們對可再生能源能滿足將來能源需求的重要性的認(rèn)識。3水作為原料輸入電力后被分解為氫氣與氧氣，如公式(1)：總體能源對電解水的需求隨著溫度略有增加，然而對電能的需求卻有所減少。在業(yè)內(nèi)有三種類型的電解水的方法：1堿性電解，2聚合物電解質(zhì)膜（PEM）電解（質(zhì)子交換膜電解），和3高溫電解。堿性電解用KOH溶液（堿性）作為電解質(zhì)的電解電池。它們適合于固定的應(yīng)用，并且工作壓力可高達(dá)25桿。堿性電解是一

5、項(xiàng)成熟的技術(shù)，允許遠(yuǎn)程操作，在工業(yè)應(yīng)用中已有重大的經(jīng)營經(jīng)驗(yàn)。未來開發(fā)的挑戰(zhàn)主要是以降低成本，高效率和大比率的設(shè)計(jì)和制造電解槽。質(zhì)子交換膜電解，不需要液體電解質(zhì)，大大簡化了設(shè)計(jì)。電解液是酸性膜。聚合物電解質(zhì)膜（PEM）電解，可設(shè)計(jì)為操作壓力高達(dá)數(shù)百條，并應(yīng)用適合固定和移動兩用型（電池）這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是膜的壽命有限。堿性電解優(yōu)勢主要在較高的質(zhì)子交換膜量程比，因缺乏氫氧化鉀電解液而增加安全性；由于較高的電流密度而有更緊湊的設(shè)計(jì)；更高的工作

6、壓力?，F(xiàn)有的質(zhì)子交換膜電解都是沒有成熟的，堿性而成本相對較高的，低容量，效率低下和短壽命得電解。據(jù)預(yù)計(jì)，質(zhì)子交換膜電解性能可以通過材料的發(fā)展和電池組的設(shè)計(jì)而顯著提高。高溫電解是以高溫燃料電池技術(shù)為基礎(chǔ)的。分解水在1000℃時需要的電能大大少于100C時需要的電能。這意味著，高溫電解可比所有低溫電解有顯著的更高的效率。一個典型的技術(shù)是固體氧化物電解電池（SOEC）。這電解槽是基于固體氧化物燃料電池（SOFC），一般在7001000℃運(yùn)作。

7、在這些溫度下的電極反應(yīng)是可逆的，而燃料電池的反應(yīng)更容易被逆轉(zhuǎn)為電解反應(yīng)。對于SOEC，主要研發(fā)在于材料的發(fā)展和功能陶瓷材料方面的熱機(jī)械，它類似于固體氧化物燃料電池的主要挑戰(zhàn)。2.2熱化學(xué)分解水和生物質(zhì)分解太陽能熱化學(xué)循環(huán)是利用太陽能的替代技術(shù)。通過使用槽，碟，或塔式濃縮，可以收集太陽能，并集中到高能量通量和高于2000K的高溫。熱能可以用來激活與原料有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)堆。如生產(chǎn)氫的水，生物，和石化燃料。太陽能循環(huán)熱化學(xué)適合于可再生氫的生產(chǎn)。