人造光制氫
——邁出人造能源第一步

■ 李忠東 編譯

太陽能是巨大的潛在能源之一，但其受天氣、緯度和地形等諸多因素的影響較大，在中歐地區(qū)，太陽能通常被視為是“不規(guī)律”的能源，因此“人造太陽”成為了更現(xiàn)實(shí)的選擇。為了提供更可靠和可控的替代品，德國科學(xué)家制造了“人造太陽”，被稱作“融光(Synlight)”。旨在模仿太陽，以光能產(chǎn)生氫能，以便于為太陽能燃料制造帶來更快的進(jìn)展。

德國政府大力投資支持可再生能源的開發(fā)，DLR太陽能研究所幾年前就已經(jīng)成功的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用太陽能制氫能。融光系統(tǒng)可以推進(jìn)利用太陽能生產(chǎn)化學(xué)原料和減少碳排放等方面的研究，有望將小型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)提升到一個(gè)新的水平，進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)范圍，以利于工業(yè)應(yīng)用。一旦利用350 kW人造光制氫的技術(shù)成熟化，功效可提高10倍，達(dá)到發(fā)電廠的技術(shù)水平。如果資金充足，這個(gè)目標(biāo)有望10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。屆時(shí)，只需花費(fèi)350萬歐元(約合人民幣2614萬元)就能修建一座氫能發(fā)電廠。

這個(gè)世界上最大的“人造太陽”在德國北萊茵－威斯特法倫州的尤里希已經(jīng)完工，并被正式懸掛出來。2017年3月24日，DLR太陽能研究所的科學(xué)家啟動(dòng)了這個(gè)近3層樓高的融光系統(tǒng)，開始進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)研究，其中包括利用太陽光生產(chǎn)氫燃料的研發(fā)過程。整個(gè)測試實(shí)驗(yàn)在一個(gè)能防護(hù)輻射的房間內(nèi)進(jìn)行，由149盞短弧氙氣燈組成的融光系統(tǒng)將燈光投射到20 cm×20 cm的聚焦平面上，可提供11 MW/m2的輻射量。產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度是太陽光照射同等面積的10000倍，溫度最高可達(dá)3000 ℃，大約是高爐溫度的2～3倍。當(dāng)設(shè)置最高功率時(shí)，其可以提供320 kW的能量。融光系統(tǒng)4 h內(nèi)消耗的電量可供一個(gè)普通4口之家使用一年，如果有人在處于開機(jī)狀態(tài)時(shí)走進(jìn)屋內(nèi)，會(huì)直接被燒焦。

極高的溫度是利用太陽能制造氫燃料過程時(shí)的必要條件，融光系統(tǒng)旨在制訂出集中自然太陽光、為產(chǎn)生氫燃料的反應(yīng)提供能源的最優(yōu)方案，探索開發(fā)出利用太陽光生產(chǎn)氫氣的最佳裝置。目前，利用反射鏡集中太陽光加熱水的太陽能發(fā)電站已經(jīng)相當(dāng)完善，這一類型的發(fā)電站利用太陽熱能產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。研究人員將探索利用“最大人造太陽”為從水蒸氣中生成氫氣的反應(yīng)提供能源的可能性，生成的氫氣能夠被制成不含CO2的清潔能源。

“要做到給飛機(jī)和汽車等提供不含碳的清潔能源，我們需要數(shù)10億t的氫。氣候變化的速度在加快，所以我們創(chuàng)新的速度也要加快?！被舴蚱婷滋亟淌谠诮邮堋缎l(wèi)報(bào)》采訪時(shí)說：“科研人員將竭力尋找有效方式，以收集陽光中蘊(yùn)含的巨大能量，我們正在邁出人造能源的第一步，希望未來自然日光能被用來以碳平衡的方式產(chǎn)生氫氣?！?編譯自www.theguardian.com )