Lähde: sec.ucf.edu
Aurinkoenergian käyttö vedyn tuottamiseen voidaan toteuttaa kahdella prosessilla: vesielektrolyysillä, jossa käytetään aurinkoenergialla tuotettua sähköä, ja suoralla aurinkoveden halkaisulla. Kun tarkastellaan aurinkoenergialla tuotettua sähköä, lähes kaikki puhuvat aurinkosähkölyysistä. Prosessi toimii. Itse asiassa se osoitettiin ensimmäisen kerran Floridan solar energy -keskuksessa vuonna 1983 NASA Kennedy Space Centerin kautta rahoituksella. Vaikka se on teknisesti mahdollista, se ei ole vielä taloudellisesti kannattavaa. Kustannusten lisäksi on kysymys siitä, miksi käytetään sähköä, erittäin tehokasta energiankantajaa, tuottamaan vetyä, toista energiankantajaa, ja sitten muuttamaan se takaisin sähköksi uudelleen käytettäväksi? Toisin sanoen sähkö on niin arvokasta kuin sähkö, halutuin energiankantajamme, että emme ehkä halua käyttää sitä muuhun. Tämä pätee erityisesti, jos sähköä valmistetaan aurinkosähköstä. PV energianlähteenä vastaa maan yleishyödyllisten laitosten ilmastointihuippukuormaa. Aurinkosähkön käyttö sähkönä on paljon parempi, koska se on liian tuhlausta käyttää sitä muuten.
Milloin on järkevää tehdä vetyä aurinkoenergialla tuotetusta sähköstä? Vastaus on, että haluamme tehdä vetyä aina, kun sähköä ei voida käyttää - syrjäisten alueiden huipun ulkopuolella ja kausivaihteluiden aikana. Tuulesta, vesivoimasta, maatermistä tai muusta aurinkoenergialla tuotetun sähkön vedystä on arvokasta, kun resurssi ei vastaa sähköverkon kuormitusprofiilia.
Jos aurinkosähkö PV-elektrolyysi-polttokennon kautta ei ole järkevää, entä aurinkosähköinen vety? Itse asiassa suurin osa aurinkosähköä koskevista keskusteluista koskee vedyn tuotantoa käytettäväksi autojen polttoaineena. Tämäkään skenaario ei vaikuta toteuttamiskelpoiselta. Ajatelkaa vedyn tankkaamisasemaa, joka jakaa 1000 gallonaa bensiiniä päivässä, noin puolet maan keskiarvosta. Huomaa, että yksi gallona bensiiniä sisältää lähes saman verran energiaa kuin yhdessä kilogrammassa (kg) vetyä. Siten tankkaamo vaatii noin 1000 kg vetyä päivässä. Vedyn alhaisemman lämmitysarvon avulla yhden vetykilometrin tuottamiseen tarvittava sähköenergia on 51 kWh (käyttäen elektrolysaattorin hyötysuhdetta 65%). Tämä tarkoittaa, että 1 000 kg/vrk vetyä vaatii 51 000 kWh sähköä päivässä. 51 000 kWh:n syöttöön tarvittavan aurinkosähkön määrä voidaan arvioida jakamalla kilowattitunti 5 tunnilla/vrk. Näin ollen 10 200 kWp tai 10,2 megawattia aurinkosähköä tarvitaan 1000 kg/vrk vetypolttoaineaseman käyttöön. Huomaa, että 1 kWp vaatii noin 10 neliömetriä pinta-alaltaan PV: lle 10% tehokkuudella.
Toinen luokka, suora aurinkoveden halkaisu, viittaa mihin tahansa prosessiin, jossa aurinkoenergiaa käytetään suoraan vedyn tuottamiseen vedestä menemättä välielektrolyysivaiheen läpi. Esimerkkeinä:
valosähkökemiallinen veden halkaisu – tämä tekniikka käyttää puolijohtelevia elektrodeja fotoelektrokemiallisessa solussa muuntaakseen valoenergian vedyn kemialliseksi energiaksi. Fotoelektrokemiallisia järjestelmiä on pääasiassa kahdenlaisia : toinen käyttää puolijohteet tai väriaineet ja toinen liuenneita metallikomelleja.
fotobiologiset – niihin kuuluu vedyn syntyminen biologisista järjestelmistä auringonvalon avulla. Tietyt levät ja bakteerit voivat tuottaa vetyä sopivissa olosuhteissa. Levien pigmentit imevät aurinkoenergiaa, ja solun entsyymit toimivat katalysaattoreina veden jakamiseksi vety- ja happiaineksiinsa.
korkean lämpötilan lämpökemialliset syklit – nämä syklit käyttävät aurinkolämpöä tuottaakseen vetyä veden halkaisemalla lämpökemiallisilla vaiheilla.
biomassan kaasutus – tämä käyttää lämpöä biomassan muuntamiseen synteettisen kaasun runsaasti vetyä.
Fotoelektrokemialliset ja fotobiologiset prosessit ovat prosesseja, joita on kehitettävä pitkän aikavälin energiavaatimusten täyttämiseksi. Tämän päivän järjestelmät ovat alle prosentin tehokkaita (aurinkoenergiasta vetyyn), ja niiden on saavuttava paljon korkeampi tehokkuus ollakseen taloudellisia. Kummassakaan tekniikassa ei myöskään ole laajamittaisia asennuksia.
Korkean lämpötilan lämpökemiallisilla sykleillä voidaan saavuttaa erinomainen tehokkuus (yli 40 prosenttia), mutta niiden on käytettävä väkeviä aurinkovastaanottimia /reaktoreita, jotka pystyvät saavuttamaan yli 800 °C:n lämpötilan. On olemassa laaja valikoima tutkitut thermokemialliset syklit. (Katso Vedyn tuotanto aurinkolämpökemiallisilla vedenjakojaksoilla).
Biomassan kaasutus käyttää lämpöä biomassan (puun, ruohojen tai maatalousjätteen) muuttamiseen synteettiseksi kaasuksi. Kaasujen koostumus riippuu raaka-aineiden tyypistä, hapen läsnäolosta, reaktion lämpötilasta ja muista parametreista. Biomassakaasun kiinnittimistä on kehitetty kiinteiksi, nesteytetyksi vuodevaatteille ja entrainoitujen vuodereaktoreiden reaktoreille.
