通過(guò)共同生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)品，可以大大縮短光電化學(xué)“綠色”氫氣生產(chǎn)的能源回收時(shí)間。

陽(yáng)光可以用來(lái)在光電化學(xué)（PEC）電池中直接從水中產(chǎn)生綠色氫氣。到目前為止，大多數基于這種“直接方法”的系統還沒(méi)有強大的競爭力。然而，一旦這種光電化學(xué)電池中的一些氫氣被原位用于催化氫化反應，平衡就會(huì )發(fā)生變化，從而導致化學(xué)和制藥工業(yè)中使用的化學(xué)品的共同生產(chǎn)。研究表明，光電化學(xué)“綠色”制氫的能源回收時(shí)間可以顯著(zhù)縮短。

氫氣可以通過(guò)電解水來(lái)生產(chǎn)，最好是通過(guò)太陽(yáng)能電池或風(fēng)能來(lái)提供所需的電能。這種“綠色”氫氣有望在未來(lái)的能源系統中發(fā)揮重要作用。在過(guò)去的十年里，太陽(yáng)能水分解已經(jīng)取得了相當大的進(jìn)展：最好的電解槽可以從光伏組件或風(fēng)能中獲得所需的電壓，其效率已經(jīng)達到30%。這是間接方法。

直接方法

在HZB太陽(yáng)能燃料研究所，幾個(gè)團隊正在研究一種直接的太陽(yáng)能水分解方法：他們正在開(kāi)發(fā)將陽(yáng)光轉化為電能、在水溶液中穩定并催化促進(jìn)水分解的光電極。這些光電極由與催化劑材料緊密結合以形成光電化學(xué)電池的活性成分的光吸收劑組成?；诘统杀竞头€定的金屬氧化物吸收劑的最佳光電化學(xué)電池已經(jīng)實(shí)現了接近10%的效率。盡管光電化學(xué)電池的效率仍然不如光伏驅動(dòng)的電解槽，但它們也有重要的優(yōu)勢：例如，在光電化學(xué)電池中，來(lái)自陽(yáng)光的熱量可以用來(lái)進(jìn)一步加速反應。由于這種方法的電流密度要低十到一百倍，因此可以使用豐富且非常便宜的材料作為催化劑。

尚未具備競爭力

到目前為止，技術(shù)經(jīng)濟分析和凈能源評估表明，光電化學(xué)方法在大規模實(shí)施方面還沒(méi)有競爭力。如今，來(lái)自光電化學(xué)系統的氫氣的成本約為10美元/公斤，是來(lái)自化石甲烷蒸汽重整的氫氣（1.5美元/公斤）的約6倍。此外，光電化學(xué)水分解的累計能源需求估計是風(fēng)力渦輪機和電解槽制氫的4-20倍。

理念：共同生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)品

HZB太陽(yáng)能燃料研究所的Fatwa Abdi博士說(shuō)：“這就是我們想要帶來(lái)一種新方法的地方?！盇bdi的團隊研究了當產(chǎn)生的一些氫氣在同一反應器中（原位）與衣康酸進(jìn)一步反應形成甲基琥珀酸時(shí)，平衡是如何變化的。

能源回收時(shí)間

他們首先計算了用光吸收劑、催化劑材料和玻璃等其他材料生產(chǎn)光電化學(xué)電池所需的能量，以及以氫或甲基琥珀酸等化學(xué)能的形式生產(chǎn)這種能量需要多長(cháng)時(shí)間。僅就氫氣而言，假設太陽(yáng)能到氫氣的效率為5%，這一“能源回收時(shí)間”約為17年。如果只有2%的氫氣用于將衣康酸轉化為甲基琥珀酸，則能源回收時(shí)間減半，如果30%的氫氣轉化為甲基琥珀酸則僅需2年即可回收生產(chǎn)能源。Abdi說(shuō)：“這使這個(gè)過(guò)程更加可持續和具有競爭力?！币粋€(gè)原因是：在這種光電化學(xué)電池中合成甲基琥珀酸所需的能量?jì)H為傳統甲基琥珀酸生產(chǎn)工藝所需能量的七分之一。

一個(gè)靈活的系統

Abdi解釋道：“該系統很靈活，還可以生產(chǎn)現場(chǎng)目前所需的其他有價(jià)值的化學(xué)品?！逼鋬?yōu)點(diǎn)是光電化學(xué)裝置的固定部件（占大部分投資成本）保持不變，僅需要交換氫化催化劑和原料。Abdi說(shuō)：“這種方法提供了一種顯著(zhù)降低綠色氫氣生產(chǎn)成本的方法，并提高了光電化學(xué)技術(shù)的經(jīng)濟可行性。我們仔細考慮了這個(gè)過(guò)程，下一步是在實(shí)驗室測試同時(shí)生產(chǎn)氫氣和甲基琥珀酸在實(shí)踐中的效果?！?/p>