Sumber: sec.ucf.edu
Penggunaan energi matahari untuk menghasilkan hidrogen dapat dilakukan dengan dua proses: elektrolisis air menggunakan listrik yang dihasilkan matahari dan pemisahan air surya langsung. Ketika mempertimbangkan listrik yang dihasilkan matahari, hampir semua orang berbicara tentang PV-elektrolisis. Prosesnya berhasil. Bahkan, pertama kali ditunjukkan di Florida Solar Energy Center pada tahun 1983 di bawah pendanaan melalui NASA Kennedy Space Center. Meskipun dapat dilakukan secara teknologi, itu belum layak secara ekonomi. Selain biaya, ada pertanyaan mengapa menggunakan listrik, pembawa energi yang sangat efisien, untuk menghasilkan hidrogen, pembawa energi lain, dan kemudian mengubahnya kembali menjadi listrik lagi untuk digunakan? Dengan kata lain, listrik sangat berharga sebagai listrik, pembawa energi kami yang paling diinginkan, sehingga kami mungkin tidak ingin menggunakannya untuk apa pun selain itu. Hal ini terutama berlaku jika listrik terbuat dari fotovoltaik. PV sebagai sumber energi cocok dengan beban puncak AC utilitas negara. Salah satunya jauh lebih baik menggunakan listrik PV sebagai listrik karena terlalu boros untuk menggunakannya sebaliknya.
Kapan masuk akal untuk membuat hidrogen dari listrik yang dihasilkan surya? Jawabannya adalah kita akan ingin membuat hidrogen kapan saja listrik tidak dapat digunakan - off puncak di daerah terpencil, dan selama variasi musiman. Hidrogen dari angin, hidro, panas bumi atau bentuk lain dari listrik yang dihasilkan surya sangat berharga ketika sumber daya tidak cocok dengan profil beban jaringan listrik.
Jika listrik tenaga surya melalui sel bahan bakar elektrolisis PV tidak masuk akal, bagaimana dengan hidrogen elektrolit PV? Bahkan, sebagian besar diskusi tentang PV-elektrolisis menyangkut produksi hidrogen untuk digunakan sebagai bahan bakar otomotif. Sekali lagi, skenario ini tampaknya tidak layak. Pertimbangkan kasus stasiun pengisian bahan bakar hidrogen yang mengeluarkan 1.000 galon bensin per hari, sekitar setengah dari rata-rata nasional. Perhatikan bahwa satu galon bensin mengandung hampir jumlah energi yang sama seperti dalam satu kilogram (kg) hidrogen. Dengan demikian, stasiun pengisian bahan bakar akan membutuhkan sekitar 1.000 kg hidrogen per hari. Menggunakan nilai pemanasan hidrogen yang lebih rendah, energi listrik yang diperlukan untuk menghasilkan satu kg hidrogen adalah 51 kWh (menggunakan efisiensi elektrolit 65%). Ini berarti bahwa 1.000 kg / hari hidrogen akan membutuhkan 51.000 kWh per hari listrik. Jumlah PV yang dibutuhkan untuk memasok 51.000 kWh dapat diperkirakan dengan membagi kWh sebesar 5 jam/hari. Dengan demikian, daya PV 10.200 kWp atau 10,2 megawatt akan diperlukan untuk mengoperasikan stasiun pengisian bahan bakar hidrogen 1000 kg / hari. Perhatikan bahwa 1 kWp membutuhkan sekitar 10 meter persegi untuk PV pada efisiensi 10%.
Kategori kedua, pemisahan air surya langsung, mengacu pada proses apa pun di mana energi matahari secara langsung digunakan untuk menghasilkan hidrogen dari air tanpa melalui langkah elektrolisis menengah. Contohnya meliputi:
pemisahan air fotoelektrokimia - teknik ini menggunakan elektroda semikonduktor dalam sel fotoelektrokimia untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia hidrogen. Pada dasarnya ada dua jenis sistem fotoelektrokimia - satu menggunakan semikonduktor atau pewarna dan yang lain menggunakan kompleks logam terlarut.
fotobiologis - ini melibatkan generasi hidrogen dari sistem biologis menggunakan sinar matahari. Ganggang dan bakteri tertentu dapat menghasilkan hidrogen dalam kondisi yang sesuai. Pigmen dalam ganggang menyerap energi matahari, dan enzim dalam sel bertindak sebagai katalis untuk membagi air menjadi konstituen hidrogen dan oksigennya.
siklus termokimia suhu tinggi - siklus ini menggunakan panas matahari untuk menghasilkan hidrogen dengan membelah air menggunakan langkah termokimia.
gasifikasi biomassa - ini menggunakan panas untuk mengubah biomassa menjadi gas sintetis yang kaya hidrogen.
Proses fotoelektrokimia dan fotobiologis adalah proses yang harus dikembangkan untuk memenuhi persyaratan energi jangka panjang. Sistem saat ini kurang dari 1 persen efisien (solar to hidrogen) dan mereka perlu mencapai efisiensi yang jauh lebih tinggi untuk menjadi ekonomis. Juga, tidak ada instalasi skala besar dari kedua teknologi.
Siklus termokimia suhu tinggi dapat mencapai efisiensi yang sangat baik (lebih besar dari 40 persen), tetapi mereka harus menggunakan penerima / reaktor matahari terkonsentrasi yang mampu mencapai suhu lebih dari 800º C. Ada berbagai macam siklus termokimia yang telah dipelajari. (Lihat Produksi Hidrogen oleh Siklus Pemisahan Air Termokimia Surya).
Gasifikasi biomassa menggunakan panas untuk mengubah biomassa (kayu, rumput, atau limbah pertanian) menjadi gas sintetis. Komposisi gas tergantung pada jenis bahan baku, keberadaan oksigen, suhu reaksi, dan parameter lainnya. Gasifier biomassa telah dikembangkan sebagai tempat tidur tetap, tempat tidur yang dipa cairan, dan reaktor tempat tidur yang terlatih.
