Es gibt zwei Hauptwege, um Solarwasserstoff zu erzeugen: Wasserstoff aus Sonnenenergie. Die erste ist über eine fotochemischer ProzessDabei wird die Sonnenenergie direkt zur Wasserspaltung genutzt. Die zweite ist die solarbetriebene Elektrolyse, bei der Solarzellen zur Stromerzeugung und zum Betrieb von Elektrolyseuren eingesetzt werden.

Das photochemische Verfahren ist zwar aufgrund seiner direkten Wasserstofferzeugung attraktiv, muss aber noch erheblich innoviert werden, um skalierbar zu werden. Die solarbetriebene Elektrolyse hingegen nutzt bereits etablierte Technologien und kann daher in bestimmten Regionen sofort eingesetzt werden, um große Mengen an grünem Wasserstoff zu erzeugen.

Ein Forschungspapier 2023 Analyse der Fortschritte und Herausforderungen im Bereich der Fotovoltaik Wasserstoffproduktion hebt die wichtigsten Hindernisse hervor, wie z. B. Sicherheit, Produktion, Speicherung, Nutzung, Kommerzialisierung, Wettervariabilität und Kühlung von Solarzellen. In dem Papier wird berichtet, dass der bisher höchste Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff bei 30% liegt.

Im Allgemeinen sind diese 30%-Systeme ausschließlich auf elektrische Energie angewiesen und leiden unter geringer Wirkungsgrad aufgrund erheblicher Wärmeverluste. Eine Lösung sind hybride photovoltaisch-thermische Systeme, die Sonnenenergie in Strom und Wärme umwandeln. und nutzbare Wärme, Verbesserung der Prozesseffizienz auf bis zu 80%.

Bei beiden Systemen kann überschüssige Energie in Form von Wasserstoff gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden, anstatt sie zu verschwenden. Hybride Systeme haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie Wärme erzeugen, die in Elektrolyseverfahren (die bei höheren Temperaturen effizienter sind) eingespeist oder zum Heizen von Gebäuden verwendet werden kann. Andere Methoden wie die photoelektrokatalytische Wasserstofferzeugung durch Wasserspaltung

Gemeinschaftssolaranlage Manilla - New South Wales

Im Jahr 2020 wurde ein Zuschuss in Höhe von $2,3 Millionen für ein Projekt im ländlichen New South Wales für eine 4,5-MW-Solaranlage und ein 2-MW-Solarwasserstoffspeichersystem. Die Anlage wird auch eines der ersten Projekte im kommerziellen Maßstab sein, bei dem feste Wasserstoffspeicher in Form von Natriumborhydrid (NaBH₄). Diese "H2Store-Batterie"-Technologie wurde von der University of New South Wales entwickelt, und die Kosten sind vergleichbar mit der bestehenden chemischen Batteriespeichertechnologie.

First Solar & Nel Hydrogen

Der amerikanische Solarsystemhersteller First Solar hat sich mit dem norwegischen Unternehmen Nel Hydrogen zusammengetan, um ein Kraftwerk entwickeln das solar erzeugten Wasserstoff und kostengünstigen Strom produziert. Zunächst wurden Protonenaustauschmembran-Elektrolysesysteme (PEM) eingesetzt, doch es gab Probleme mit der Ausrüstung. Die von Nel Hydrogen traditionell verwendeten Kugeldurchmesser waren nicht präzise genug, so dass sie wechselten zu Alicat-Massendurchflussmessern zu testen, ihre S-, H- und C-PEM-Elektrolyseure.

BP, Iberdrola, & Enagás

BP hat sich mit Iberdrola und Enagás zusammengetan einen photovoltaisch betriebenen 20-MW-Elektrolyseur installiert, der den Übergang vom grauen zum grünen Wasserstoffverbrauch ermöglicht.

Soto Solar España

Der unabhängige Hersteller Soto Solar España plant die Entwicklung eines 1 GW-Photovoltaikpark mit einem 100-MW-Elektrolyseur bis 2024.

Baofeng Energie

Das chinesische Kohlebergbauunternehmen Baofeng Energie kündigte im Jahr 2021 Pläne für zwei 100-MW-Solarstromgeneratoren zum Betrieb der Elektrolyse an, die Teil ihrer Bemühungen um die Halbierung der CO₂ Emissionen bis 2030 zu reduzieren. Das Projekt wurde etwa im Dezember 2021 abgeschlossen und ist nach Angaben von Baofeng Energy das weltweit größte Projekt zur Erzeugung von Solarwasserstoff.

Sinopec und Longi

Der Ölkonzern Sinopec hatte zuvor eine Partnerschaft mit dem Solartechnikhersteller Longi um an den Dekarbonisierungsbemühungen des Unternehmens mitzuarbeiten durch die Entwicklung einer Infrastruktur für die Produktion von grünem Wasserstoff im Jahr 2021. Im Jahr 2025, Sinopec kündigte einen $690 Millionen Dollar schweren Wasserstoff-Risikokapitalfonds an in Start-ups im Bereich der Wasserstoffenergie zu investieren.

H2B2

Ab 2018 hat die kalifornische Energiekommission eine Ausschreibung zur Errichtung von Anlagen zur Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff im ganzen Bundesstaat veröffentlicht. Das Projekt SoHyCaldie von dem Wasserstoff verarbeitenden Unternehmen H2B2 vorgestellt wurde, wirbt für sich als die die größte in Betrieb befindliche Anlage zur Herstellung von grünem Wasserstoff in Nordamerika, vollständig mit erneuerbarer Energie betrieben werden.

Der weltweite Vorstoß in Richtung Dekarbonisierung hat zu steigenden Investitionen in PV-Wasserstoffprojekte geführt, da viele Länder und Unternehmen versuchen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und die Dollarkosten pro kW zu senken. Analysten prognostizieren dass die Nachfrage nach grünem Wasserstoff bis 2030 drastisch ansteigen könnte, die von der Schwerindustrie, dem Transportwesen und dem Bedarf an Netzausgleich angetrieben werden. Wichtige Volkswirtschaften wie die Europäische Union, die Vereinigten Staaten, China und Australien führen politische Maßnahmen, Subventionen und Forschungsförderung ein, um die Einführung zu beschleunigen. Wenn die Technologien ausgereift sind und die Kosten weiter sinken, könnte Solarwasserstoff nicht nur die Energielandschaft verändern, sondern auch neue Marktchancen in den Bereichen erneuerbare Chemikalien, synthetische Kraftstoffe und dezentrale Energiespeicherung schaffen.

Anwendungen

Die Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff erfordert Systeme, die unter verschiedenen Bedingungen zuverlässig arbeiten und gleichzeitig eine hohe Effizienz und Sicherheit gewährleisten. Die präzisen Massenfluss- und Druckmessgeräte von Alicat haben eine Vielzahl von Solar-Wasserstoff-Projekten bei der Erreichung dieser Ziele unterstützt.

Ein Forschungslabor benötigte eine Vor-Ort-Lösung, um Erdgas und Wasserstoff in präzisen Verhältnissen zu mischen, bevor das Gemisch einer Gasturbine zugeführt wird. Der Wasserstoff wurde mit einem PEM-Elektrolyseur erzeugt, der von 30 kW-Solarzellen betrieben wurde. Um eine gleichmäßige Durchströmung und Mischung zu gewährleisten, wurde das FusionFlow MXM All-in-One-Gasmixerund liefert eine stabile Leistung bei 40 PSI und 150 SLPM, um die Anforderungen der Turbine zu erfüllen.

In einem anderen Projekt, Alicat Durchflussregler für Flüssigkeiten wurden verwendet, um deionisiertes Wasser durch Prototyp-Geräte zu liefern, bevor sie im Feld eingesetzt wurden. Zusätzlich, Alicat Massendurchflussregler der MC-Serie half bei der Abscheidung von polymorphem und dotiertem polymorphem Silizium für die Entwicklung von Solarzellenprototypen.

Mit zuverlässiger Durchfluss- und Druckkontrolle ermöglichen Alicat-Instrumente weltweit Innovationen im Bereich der sauberen Energie.

 

Grüne Zukunft

Die Nutzung der Sonnenenergie für die Elektrolyse bietet einen alternativen Weg für sonnenreiche Regionen zur nachhaltigen Energieerzeugung. Eine solche grüne Wasserstoffproduktion verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und fördert die Innovation von Solar- und Elektrolyse-Technologien, was dazu beiträgt, den Energiebedarf großer Bevölkerungsgruppen zu decken. Kurzfristig haben einzelne Projekte und Anlagen nur geringe Auswirkungen auf den gesamten Energiemarkt. Durch den Ausbau der Kapazitäten für die solare Wasserstofferzeugung können wir jedoch eine solidere Grundlage für ein saubereres, widerstandsfähigeres Energiesystem schaffen.