研究人员利用屋顶产生的氢气实现能源转型

在屋顶或太阳能公园高效生产氢气、燃料，甚至饮用水——这就是卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员及其加拿大合作伙伴希望通过低成本光反应器模块实现的目标。现在，他们已经取得了重大进展。他们以焦耳报告结果。

人工光合作用是指借助阳光进行化学反应。在自然界中，光子被光催化活性材料吸收，它们的能量被用来直接推动化学反应。“与此同时，各种光催化剂是已知的。它们可用于将水分解为氢气和氧气，或利用水和二氧化碳生产气候中性燃料，”卡尔斯鲁厄理工学院微过程工程研究所(IMVT)的PaulKant说。

到目前为止，这项技术主要应用于实验室，因为太阳能制氢的成本太高。现在，该团队在其可插入廉价模块的高效光反应器面板概念方面取得了决定性进展。

康德认为，广泛使用这种新型光反应器模块在屋顶或太阳能发电场生产氢气或燃料可能是人类应对气候危机的重大技术机会之一。“这可能会使化石能源载体的使用变得多余。”康德在IMVT与RolandDittmeyer教授一起攻读博士学位期间指导了这项研究活动。它们被嵌入亥姆霍兹能源转型材料和技术计划中。

针对大众市场的优化反应器概念

实用的高效光反应器模块本质上必须由两个组件组成：驱动化学反应的合适光催化剂和包含光催化剂和化学反应原料的光反应器。康德解释说：“在理想情况下，光反应器应将入射阳光引导至光催化剂，几乎没有任何损失，无论阳光来自何处或太阳当前位于何处。”

“此外，光反应器的结构和材料必须确保光催化剂的最佳运行，例如吸收光时的正确温度或强度。”该团队提出的光反应器概念解决了这一双重挑战：它由涂有铝的微结构聚合物面板组成，以实现高反射率。它还提供了最佳的操作条件，并确保在一天中将光有效传输到光催化剂。研究人员借助计算机辅助几何优化和光催化模型系统开发了该系统。实验室规模的首次演示取得了成功。

廉价模块降低了成本

根据研究人员在详细分析其反应器概念后制定的通用指南，未来的光反应器模块现在可以轻松设计，以达到各种应用的最大效率。然而，高化学反应效率只是人工光合作用成为一种有效技术之前必须满足的一个要求。

为了生产相关的产品数量，必须用光反应器面板覆盖极大的表面。“为了降低成本，我们使用已经可以批量生产的廉价材料和几何形状，”康德说。根据研究人员的初步估计，一平方米光反应器模块的成本约为22美元。

现在，IMVT的AnselmDreher和多伦多的GeoffreyOzin教授的团队正在开发一种光催化剂，可以有效地将水分解为氢气和氧气。它将被集成到所展示的光反应器中。此外，目前正在研究面板的批量生产。