麻省理工“太阳热能制氢”新设计，效率从7%提高到40%

一个由阳光驱动，长得非常像小型火车的氢燃料系统诞生，有别于传统的化石燃料系统，麻省理工学院实现完全绿色、无碳的氢能设备，显著提高太阳热化学制氢的效率，从7%提高到40%。

太阳热化学制氢（solar thermochemical hydrogen，STCH）是通过阳光热能直接分解水产生氢气，这种制氢法虽然可以完全依赖再生能源，但效率相当低，基本上只有约7%的入射光用于制造氢气，是种低收益高成本制氢技术。

显然这类只靠对绿色能源的爱是无法推动规模发展，还需要再进一步的研究。麻省理工机械工程系Ahmed Ghoniem表示，我们正努力实现能源部的目标，也就是2030年以每公斤1美元的价格生产绿氢，为了提高经济效益势必得提高效率，确保收集到的大部分日照都用于制氢。

STCH系统的核心通常是两步骤的热化学反应，第一步先将金属暴露在蒸汽中，金属会从蒸汽中夺走氧气，留下氢气，之后将氢气分离出来后，把生锈金属置于真空中加热，逆转生锈过程并使金属重生，该过程则可重复几百次。

MIT目标是优化此流程，因此打造出类似火车的箱型反应器，并在圆形轨道上围绕热源设备转圈圈。每个反应器一开始都会经过一个高温站，暴露在温度高达摄氏1,500度的热量下，利用极端高温吸出反应炉金属中的氧气，沿着轨道反应炉的下一站则是摄氏1,000度的冷却站，暴露在蒸汽中产生氢气。

为了回收从系统中逸出的热量，圆形轨道两侧的反应器可以通过热辐射交换热量，让热反应器被冷却，而冷反应器被加热，便能将热量保留在系统内。为提高效率，研究人员还添加第二组反应炉，围绕着第一列列车反方向移动，外部反应炉将携带第二种也很容易氧化的金属，外部反应炉会吸收内部反应炉中的氧气，有效地对原始金属进行除锈，因此不需要额外的能源密集型真空泵。

研究人员模拟概念模型后，发现可显著提高太阳热化学制氢的效率，从先前设计的7%提高到40%。Ghoniem表示，通过这种设计，我们发现借由太阳热量即可提供动力，能够利用40%的太阳热量来生产氢气。

该团队也预计将在明年打造系统原型，计划在美国能源部实验室的聚光太阳能设施中进行测试，目前也已获得能源部资助。