太阳能能量如何变成燃料

太阳是能源的清洁和取之不尽，用之不竭，有可能提供一个可持续的答案所有未来的能源供应的需求。还有的只是一个突出问题︰ 太阳不是总是和它的能量很难储存。第一次，保罗谢瑞研究所 PSI 和苏黎世联邦理工学院的研究人员公布了一种利用太阳的热能将二氧化碳和水直接转化为高能燃料化学过程︰ 氧化铈和铑的新材料组合的基础上制定的程序。这一发现标志着太阳能的化学贮藏的重要步骤。研究人员在研究学刊能源及环境科学发表他们的研究结果。

太阳的能量已经正在利用各种方式︰ 虽然光伏电池将阳光转化为电能，太阳能热装置用于太阳的巨大热能加热到高温流体等。太阳能热发电厂涉及大规模实施的第二种方法︰ 使用数以千计的镜子，太阳光线集中在锅炉蒸汽产生直接或通过热交换器温度超过 500 ° c。涡轮机然后将热能转化为电能。

保罗谢瑞研究所 PSI 和苏黎世联邦理工学院的研究人员有合作开发了这种方法动土替代。新的过程使用太阳的热能转化为二氧化碳和水直接合成燃料。

“这让太阳能以化学键的形式存储在”解释 Ivo Alxneit，在防扩散安全倡议的太阳能技术实验室的化学家。”它是比存储电能更容易。新方法基于类似的原则，对使用的太阳能发电厂。Alxneit 和他的同事使用热以触发某些化学发生过程，只有在非常高的温度超过 1000 ° c。太阳能技术的研究进展很快就会使这样的温度，利用太阳的光来实现。

生产燃料与太阳能热

热化学循环，一个术语包括化学转化和为它所需的热能量的循环过程的原理基于 Alxneit 的研究 — — 由专家称为热能。十年前，研究人员已经表明将低能量物质，如水和废物产品产生的二氧化碳转化为氢气和一氧化碳等富含能量的材料的可能性。

这在某些物质结合氧金属铈氧化铈等工作。当遭受 1500 ° C 以上的极高温度下，氧化铈失去一些氧原子。在较低温度下，这种减少的材料是热衷于重新获取氧原子。如果水分子和二氧化碳分子的活化的表面通过定向，他们释放氧原子 (化学符号︰ O).水 (H2O) 转化为氢气 (H2) 和二氧化碳 (CO2) 变成一氧化碳 (CO)，虽然重新氧化铈本身在这个过程中，创造前提条件铈氧化周期要从头开始。

氢气和一氧化碳在这一过程中创建可用于生产燃料︰ 具体而言，气体或液体的碳氢化合物，如甲烷、 汽油和柴油。这种燃料可能直接使用，但可以也存储在坦克或送入天然气网格。

而不是两个进程

到目前为止，这种类型的燃料生产需要第二个独立的过程︰ 所谓的费-托合成，在 1925 年。欧洲研究财团太阳能喷射最近提出了一种热化学循环和费-托合成过程的组合。

然而，Alxneit 解释说:”虽然这基本上解决了存储问题，相当大的技术努力是必要进行费-托合成。除了安装太阳能，第二次的工业规模技术植物是必需的。

直接生产太阳能燃料现在可能

通过开发一种材料，允许直接在一个进程内的燃料的生产，Ivo Alxneit 和他的同事们开发的新方法无需费-托合成过程，因此也与第二步。这被通过添加少量的铑氧化铈。铑是使某些化学反应的催化剂。它已经知道一些时间，铑允许与氢、 一氧化碳和二氧化碳的反应。

“催化剂的这些太阳能燃料，生产关键技术研究课题”Alxneit 说。他的博士学位候选人在防扩散安全倡议方健林强调:”这是一个巨大的挑战，来控制这些化学反应所需的极端条件和发展催化剂材料能够承受 1500 ° c 激活过程”在冷却过程中，例如，在材料表面上极小的铑群岛必须不准消失或增加在大小，因为他们对预期的催化过程至关重要。由此产生的燃料使用或存储和循环过程再次开始一旦氧化铈是重新激活。

使用的结构和气体分析，研究人员在实验室 PSI 和苏黎世 ETH 工作审查铈铑化合物的各种标准方法，探讨了铈氧化工程和如何成功甲烷生产减少的很。”到目前为止，我们的组合的工艺只提供少量的直接可用的燃料，”总结 Alxneit。”但我们已经表明，我们的思想工作起到了我们从境界科幻小说到现实。

成功的测试，在高性能烤箱

在实验中，研究人员保持事情简单通过使用高性能烤箱在太阳能代替 ETH。”在测试阶段，热能的实际来源是无形的”解释智神星 Rothensteiner，博士候选人在 PSI 和苏黎世责任的地区包括这些测试。

吉荣范 Bokhoven，团长 PSI 的催化与可持续化学实验室和非均相催化在苏黎世联邦理工学院教授补充道:”这些测试使我们能够获得宝贵的见解催化剂的长期稳定性。我们高性能烤箱允许我们进行快速连续 59 周期。我们的材料已经舒舒服服地存活其第一次的耐力测试。已经表明，他们的做法是可行的原则，研究人员可以现在致力于其优化。