雜化硫（HyS）太陽能反應堆

通過生産太陽能氫氣作為銅礦開采的工業服務，以比電解低得多的成本大規模生産綠色氫氣的規模得以建立。

将太陽能氫商業化的最快途徑可能是通過太陽能熱化學為澳大利亞的銅礦開采業提供氫氣，氧氣和熱量，Christian Sattler最近告訴SolarPACES。與所有太陽能燃料生産一樣，這種化學反應的熱量是由鏡子産生的，這些鏡子将集中的太陽通量瞄準塔頂上的接收器。

憑借他在德國DLR太陽能研究中心領導太陽能燃料研究的經驗，Sattler看到了銅礦中使用的硫酸加工與從硫酸中制造氫氣的新太陽能方法之間的協同聯系;雜化硫（HyS）技術。

硫酸如何在銅礦中使用？

硫酸反應用于使用氫氣和氧氣從礦石中提煉銅。

“有一些采礦過程，如銅礦石焙燒，其中會産生二氧化硫。這可以在混合熱/電循環中使用，以産生氫氣，氧氣和硫酸。”Sattler解釋說。

銅礦既需要氫氣，也需要氧氣。他們首先需要氧氣來烘烤礦石，因為其中含有大量的硫磺。通過焙燒，您将礦石轉化為氧化銅，然後您需要氫氣将氧化銅還原為銅。銅礦石含有你用來生産硫酸的硫，而硫酸反過來又用來浸出礦物中的其他雜質。

與水電解相比，用太陽能從硫酸中提取氫氣消耗的能量要少得多

使用硫酸，可以在一種新型的太陽能反應堆中産生氫氣和氧氣。在兩步HyS工藝中，使用高達900°C的高溫太陽熱分解硫酸（H₂SO₄）以産生氫氣和氧氣。

硫酸的分解是生産三氧化硫（SO₂）和氧氣的第一個工藝步驟的一部分。在第二步中，SO₂與水一起進入SO₂去極化電解槽（SDE）以産生氫氣和新鮮的H₂SO₄，以重複循環。

這種SO₂去極化電解槽隻需要傳統水電解的七分之一左右的電能，因此這種方法在相同的太陽能輸入下可以多産生約50%的氫氣。

德國、澳大利亞、日本和美國的國際研究小組已經設計和測試了這種超高溫硫基工藝所需的組成部分—— 太陽能反應器/蒸發器、用于SO₃分解的熱交換器以及用于SO₂和O₂的氧分離器。材料搜索從碳化矽中确定的結構，可以在腐蝕性條件和進行熱化學所需的非常高的溫度下保持穩定性。

硫衍生太陽能氫氣的諸多優點

硫可以便宜地儲存很長時間，隻是在戶外像煤一樣堆放即可。與所有其他儲熱技術不同，其儲存的能量可以在實際高于原始熱輸入的溫度下檢索，并在恒定溫度下回收。

硫基熱化學工藝的儲存容量比今天的熔鹽高出一個數量級以上，這将降低太陽能燃料生産可靠全天候運行的成本。

雙赢：在銅礦現場制造太陽能氫氣和氧氣

目前，由于向礦山輸送氫氣和氧氣的費用以及化石燃料為化學反應所需的熱量而産生的成本，銅礦隻在現場生産氧化銅，然後他們必須将氧化銅送到另一家公司進行精煉成銅，因此礦山失去了生産有價值的銅最終産品。

這種HyS技術将能夠在現場提供。因此，如果您能夠在銅礦所在的同一地點生産氫氣和氧氣 - 您将獨立于外部公司，否則必須在其他地方生産氣體以精煉氧化銅。這會增加您的成本。”Sattler解釋道。

“我們設計了一個系統，可以将HyS集成到銅加工中。”Mehdi Jafarian補充道，他正在為澳大利亞阿德萊德大學機械工程學院的HyS研究做出貢獻，該研究将首先在實驗室規模上進行試驗，并于2022年在戶外曬太陽。

因此，我們正在與DLR合作，将HyS集成到銅加工中，為銅加工和采礦行業原位生産氫氣和氧氣。這使我們能夠每年向銅加工商提供氫氣和氧氣，持續約九到十個月。從經濟角度來看，它甚至可以與使用化石燃料的最先進的氫氣生産技術相媲美。

IMAGE@DLR硫酸分解太陽能反應釜

一旦太陽能氫氣作為銅礦開采行業工業服務的一部分生産，其規模就确立了可以作為獨立的能源載體進行大規模生産，并在難以脫碳的行業（如貨物運輸）中具有許多應用。

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