EPFL(瑞士洛桑联邦理工学院)的研究人员已经建造了一个中试规模的太阳能反应堆，除了能够以前所未有的效率产生氢气外，还能产生可用的热量和氧气。
EPFL校园里的抛物面天线很容易被忽视，类似于卫星天线或其他电信基础设施。但这个设施很特别，因为它的工作原理就像一棵人造树。在将太阳辐射集中近1000倍后，盘子上方的一个反应堆利用这些阳光将水转化为有价值的可再生氢、氧和热量。
“这是太阳能制氢的第一个系统级演示。不像典型的实验室规模的演示，它包括所有辅助设备和组件，所以它给了我们一个更好的想法，你可以期待一旦你考虑整个系统的能源效率，而不仅仅是设备本身，”索菲亚·豪森纳说。
“由于输出功率超过2KW，我们已经突破了1KW的上限，同时保持了如此大规模的创纪录的高效率。在这项工作中实现的产氢率代表了这项技术商业化实现的真正令人鼓舞的一步。”
这项工作建立在初步研究的基础上，该研究使用了LRESE的高通量太阳模拟器，在实验室规模上展示了这一概念，该研究于2019年发表在《自然能源》杂志上。现在，该团队在同一杂志上发表了他们在现实条件下扩大规模、高效和多产品工艺的结果。
利用太阳能从水中制氢被称为人工光合作用，但LRESE系统的独特之处在于它还能大规模生产热量和氧气。
在太阳能盘将太阳光集中后，水被泵入聚焦点，聚焦点内装有一个集成的光电化学反应器。在这个反应器中，光电化学电池利用太阳能进行电解，或将水分子分解为氢和氧。热量也会产生，但这些热量不会作为系统损耗释放出来，而是通过热交换器，这样就可以加以利用——例如，用于环境加热。
高通量太阳能模拟器
除了系统的主要输出氢和热外，光电解反应释放的氧分子也被回收和利用。
“氧气通常被认为是一种废物，但在这种情况下，它也可以被利用-例如用于医疗应用，”豪森纳说。
该系统适用于工业、商业和住宅应用;事实上，LRESE的子公司SoHHytec SA已经在设法部署和商业化。EPFL正在与瑞士的一家金属生产工厂合作，建立一个100KW规模的示范工厂，该工厂将为金属退火工艺生产氢气，为附近的医院生产氧气，并为工厂的热水需求提供热量。
“通过在EPFL的试点演示，我们通过在高输出功率密度下展示前所未有的效率，实现了一个重要的里程碑。我们现在正在扩大一个类似人工花园的系统，其中每棵‘人造树’都以模块化的方式部署，”SoHHytec描述道。
该系统可用于提供住宅和商业集中供暖和热水，并为氢燃料电池提供动力。EPFL校园系统每天可以输出约半公斤的太阳能氢气，可以为大约1.5辆氢燃料电池汽车提供动力，满足日常行驶距离;或者满足一个典型的瑞士四口之家一半的电力需求和一半以上的年供热需求。
随着人工光合作用系统的规模不断扩大，豪森纳已经在探索新的技术途径。特别是，该实验室正在研究一个大规模的太阳能系统，该系统将分解二氧化碳而不是水 ，产生有用的材料，如用作液体燃料的合成气，或绿色塑料前体乙烯。
瑞士洛桑联邦理工学院鸟瞰
