Hóa học năng lượng mặt trời

Quá trình hóa học năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời để dẫn dắt phản ứng hóa học. Các quá trình này đã bù đắp năng lượng mà nếu không sẽ phải đến từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và cũng có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiên liệu thỏa mãn điều kiện lưu trữ và vận chuyển. Năng lượng mặt trời gây ra các phản ứng hóa học có thể được chia thành nhiệt hóa hoặc quang hóa .

Hóa học năng lượng mặt trời

Một loạt nhiên liệu có thể được sản xuất bởi quang hợp nhân tạo. Xúc tác hóa học đa điện tử liên quan trong việc đưa ra các nhiên liệu carbon (như methanol) từ giảm lượng khí carbon dioxide là một thách thức, một sự thay thế khả thi là hydrogen sản xuất từ ​​proton, mặc dù sử dụng nước như là nguồn gốc của các điện tử (như các nhà máy) đòi hỏi phải làm chủ quá trình oxy hóa đa điện tử của hai phân tử nước ôxy phân tử. Một số người dự kiến ​​làm việc nhà máy nhiên liệu năng lượng mặt trời tại các khu vực đô thị ven biển vào năm 2050 – tách nước biển cung cấp hydro để được chạy qua các nhà máy điện dùng tế bào nhiên liệu lân cận và nước tinh khiết được sản ra sẽ đi trực tiếp vào hệ thống nước đô thị.

Công nghệ sản xuất Hydrogen là một khu vực quan trọng của nghiên cứu hóa học năng lượng mặt trời từ những năm 1970. Ngoài điện phân điều khiển bởi các tế bào quang điện hoặc tế bào hóa nhiệt, quy trình nhiệt hóa cũng đã được khám phá. Một cách như vậy sử dụng các bộ tập trung để phân tách nước thành oxy và hydro ở nhiệt độ cao (2300-2.600° C). Cách tiếp cận khác sử dụng nhiệt từ các bộ tập trung năng lượng mặt trời để lái xe [[hơi nước| tái tạo hơi ] khí tự nhiên do đó làm tăng tổng sản lượng hydro so với phương pháp tái tạo thông thường. [58] Chu kỳ nhiệt hóa đặc trưng bởi sự phân hủy và tái sinh của chất phản ứng trình bày một con đường khác để sản xuất hydro. Quá trình Solzinc được phát triển tại Viện Khoa học Weizmann sử dụng một lò năng lượng mặt trời 1 MW để phân hủy oxide kẽm (ZnO) ở nhiệt độ trên 1200° C. Phản ứng này ban đầu sản xuất kẽm tinh khiết, sau đó có thể phản ứng với nước để sản xuất hydro

Công nghệ Sunshine to Petrol (S2P) của Sandia sử dụng nhiệt độ cao tạo ra bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời cùng với một chất xúc tác zirconia/ ferrite để phá vỡ dioxide carbon trong khí quyển thành oxy và carbon monoxide (CO). Khí carbon monoxide sau đó có thể được sử dụng để tổng hợp các nhiên liệu thông thường chẳng hạn như methanol, xăng và nhiên liệu phản lực

Một thiết bị quang điện hóa là một loại pin, trong đó các dung dịch tế bào (hoặc tương đương) tạo ra các sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng khi được chiếu sáng. Những sản phẩm hóa học trung gian giàu năng lượng có khả năng có thể được lưu trữ và sau đó phản ứng tại điện cực để tạo ra một điện thế. Tế bào hóa học ferric-thionine là một ví dụ của công nghệ này.

Tế bào điện hóa hay các PEC bao gồm một chất bán dẫn, thường là titanium dioxide hoặc các titanate có liên quan, đắm mình trong điện phân. Khi chất bán dẫn được chiếu sáng một điện thế được phát triển. Có hai loại tế bào điện hóa: tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng thành điện và các tế bào quang sử dụng ánh sáng để điều khiển các phản ứng hóa học như phản ứng điện phân

Một tế bào kết hợp nhiệt/quang hóa cũng đã được đề xuất. Quá trình Stanford PETE sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời để tăng nhiệt độ của một kim loại nhiệt khoảng 800C để tăng tốc độ sản xuất của điện lực để điện giải CO2 trong khí quyển thành carbon hoặc carbon monoxide sau đó chúng có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, và nhiệt dư cũng có thể được sử dụng.