太阳光水解制氢系统（新型硫基太阳能反应堆为铜矿制造廉价的绿色氢气）

杂化硫（HyS）太阳能反应堆

通过生产太阳能氢气作为铜矿开采的工业服务，以比电解低得多的成本大规模生产绿色氢气的规模得以建立。

将太阳能氢商业化的最快途径可能是通过太阳能热化学为澳大利亚的铜矿开采业提供氢气，氧气和热量，Christian Sattler最近告诉SolarPACES。与所有太阳能燃料生产一样，这种化学反应的热量是由镜子产生的，这些镜子将集中的太阳通量瞄准塔顶上的接收器。

凭借他在德国DLR太阳能研究中心领导太阳能燃料研究的经验，Sattler看到了铜矿中使用的硫酸加工与从硫酸中制造氢气的新太阳能方法之间的协同联系;杂化硫（HyS）技术。

硫酸如何在铜矿中使用？

硫酸反应用于使用氢气和氧气从矿石中提炼铜。

“有一些采矿过程，如铜矿石焙烧，其中会产生二氧化硫。这可以在混合热/电循环中使用，以产生氢气，氧气和硫酸。”Sattler解释说。

铜矿既需要氢气，也需要氧气。他们首先需要氧气来烘烤矿石，因为其中含有大量的硫磺。通过焙烧，您将矿石转化为氧化铜，然后您需要氢气将氧化铜还原为铜。铜矿石含有你用来生产硫酸的硫，而硫酸反过来又用来浸出矿物中的其他杂质。

与水电解相比，用太阳能从硫酸中提取氢气消耗的能量要少得多

使用硫酸，可以在一种新型的太阳能反应堆中产生氢气和氧气。在两步HyS工艺中，使用高达900°C的高温太阳热分解硫酸（H₂SO₄）以产生氢气和氧气。

硫酸的分解是生产三氧化硫（SO₂）和氧气的第一个工艺步骤的一部分。在第二步中，SO₂与水一起进入SO₂去极化电解槽（SDE）以产生氢气和新鲜的H₂SO₄，以重复循环。

这种SO₂去极化电解槽只需要传统水电解的七分之一左右的电能，因此这种方法在相同的太阳能输入下可以多产生约50%的氢气。

德国、澳大利亚、日本和美国的国际研究小组已经设计和测试了这种超高温硫基工艺所需的组成部分—— 太阳能反应器/蒸发器、用于SO₃分解的热交换器以及用于SO₂和O₂的氧分离器。材料搜索从碳化硅中确定的结构，可以在腐蚀性条件和进行热化学所需的非常高的温度下保持稳定性。

硫衍生太阳能氢气的诸多优点

硫可以便宜地储存很长时间，只是在户外像煤一样堆放即可。与所有其他储热技术不同，其储存的能量可以在实际高于原始热输入的温度下检索，并在恒定温度下回收。

硫基热化学工艺的储存容量比今天的熔盐高出一个数量级以上，这将降低太阳能燃料生产可靠全天候运行的成本。

双赢：在铜矿现场制造太阳能氢气和氧气

目前，由于向矿山输送氢气和氧气的费用以及化石燃料为化学反应所需的热量而产生的成本，铜矿只在现场生产氧化铜，然后他们必须将氧化铜送到另一家公司进行精炼成铜，因此矿山失去了生产有价值的铜最终产品。

这种HyS技术将能够在现场提供。因此，如果您能够在铜矿所在的同一地点生产氢气和氧气 - 您将独立于外部公司，否则必须在其他地方生产气体以精炼氧化铜。这会增加您的成本。”Sattler解释道。

“我们设计了一个系统，可以将HyS集成到铜加工中。”Mehdi Jafarian补充道，他正在为澳大利亚阿德莱德大学机械工程学院的HyS研究做出贡献，该研究将首先在实验室规模上进行试验，并于2022年在户外晒太阳。

因此，我们正在与DLR合作，将HyS集成到铜加工中，为铜加工和采矿行业原位生产氢气和氧气。这使我们能够每年向铜加工商提供氢气和氧气，持续约九到十个月。从经济角度来看，它甚至可以与使用化石燃料的最先进的氢气生产技术相媲美。

IMAGE@DLR硫酸分解太阳能反应釜

一旦太阳能氢气作为铜矿开采行业工业服务的一部分生产，其规模就确立了可以作为独立的能源载体进行大规模生产，并在难以脱碳的行业（如货物运输）中具有许多应用。