太阳能

-氢能转换                                 

氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其
主要方法如下：

1、太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高（ 75％-
85％），但耗电大，用常规电制氢，从能量利用而言得不偿失。所以，只有当太阳能发电的
成本大幅度下降后，才能实现大规模电解水制氢。

 

2、太阳能热分解水制氢。将水或水蒸汽加热到 3000K 以上，水中的氢和氧便能分解。这种方
法制氢效率高，但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度，一般不采用这种方法制氢。

 

3、太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温，发展了一种热化
学循环制氢方法，即在水中加入一种或几种中间物，然后加热到较低温度，经历不同的反
应阶段，最终将水分解成氢和氧，而中间物不消耗，可循环使用。热化学循环分解的温度大
致为

900-1200K，这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度，其分解水的效率在

17．5％-75．5％。存在的主要问题是中间物的还原，即使按 99．9％-99． 
                        
99％还原，也还要作 0.1％-0.01％的补充，这将影响氢的价格，并造成环境污染。

4、太阳能光化学分解水制氢。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处，在水中添加
某种光敏物质作催化剂，增加对阳光中长波光能的吸收，利用光化学反应制氢。日本有人利
用碘对光的敏感性，设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程，每小时可产氢

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升，效率达

10％左右。

5、太阳能光电化学电池分解水制氢。1972 年，日本本多健一等人利用 n 型二氧化钛半导体
电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢
气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下
同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，认
为是太阳能技术上的一次突破。但是，光电化学电池制氢效率很低，仅

0．4％，只能吸收

太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，性能不稳定，所以至今尚未达到实用要
求。

 

6、太阳光络合催化分解水制氢。从 1972 年以来，科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具
有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。这种络
合物是一种催化剂，它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结，并通过一系列
偶联过程，最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟，研究工作正在继续进行。

7、生物光合作用制氢。40 多年前发现绿藻在无氧条件下，经太阳光照射可以放出氢气；十
多年前又发现，兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间，在一定条件下都有光合放
氢作用。目前，由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够，藻类放氢的效率很低，要实现
工程化产氢还有相当大的距离。据估计，如藻类光合作用产氢效率提高到

10％，则每天每

平方米藻类可产氢

9 克分子，用 5 万平方公里接受的太阳能，通过光合放氢工程即可满足