“使太陽能制氫商業(yè)化的最快途徑，或許可以通過太陽能熱化學(xué)反應(yīng)為澳大利亞的銅礦開采業(yè)提供制氫、氧和及熱能來實(shí)現(xiàn)?！钡聡鳧LR太陽能研究中心研究員克里斯蒂安·薩特勒（Christian Sattler）最近對SolarPACES記者表示。

Sattle憑借在德國DLR太陽能研究中心的太陽能燃料研究工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在銅礦開采中使用的硫酸處理工藝與制氫用的硫基太陽能熱化學(xué)工藝之間有著協(xié)同的聯(lián)系，即混合硫（HyS）技術(shù)。

IMAGE DLR硫酸分裂太陽能反應(yīng)堆

在兩步法HyS工藝中，研究人員利用高達(dá)900℃的高溫太陽熱分解硫酸（H?SO?），通過分解水產(chǎn)生氫和氧。而熱量來自于塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能定日鏡集熱場；H?SO?分解的第一步是將產(chǎn)生三氧化硫和氧氣；第二步，SO?與水一起進(jìn)入SO?去極化電解器（SDE），產(chǎn)生氫氣和新鮮的H?SO?，將其再循環(huán)至第一步。

與傳統(tǒng)的水電解相比，SDE僅需要約1/7的電能，因此，HyS可以在相同的太陽能輸入下產(chǎn)生約50％的氫氣。

目前，在德國，澳大利亞，日本和美國的國際研究小組已經(jīng)設(shè)計(jì)并測試了這種高溫硫基工藝所需的組成部件——太陽能反應(yīng)器/蒸發(fā)器，用于SO?分解的熱交換器，以及SO?和O?的氧氣分離器。并確定了使用由碳化硅制成的結(jié)構(gòu)材料，該材料可以在腐蝕條件和執(zhí)行熱化學(xué)所需的極高溫度下保持穩(wěn)定性。

混合硫（HyS）太陽能反應(yīng)堆

硫基太陽能熱化學(xué)的優(yōu)勢

硫磺可以像煤一樣，很便宜且長時間儲存在戶外；與其他儲熱技術(shù)不同的是，其存儲能量可以高于原始熱量輸入的溫度下進(jìn)行回收，并在恒定溫度下回收。

硫基熱化學(xué)工藝的存儲容量比當(dāng)今的熔融鹽大一個數(shù)量級，這將使可靠的全天候運(yùn)行成本降低，甚至比CSP當(dāng)前的存儲成本降低了一半，而CSP的存儲成本僅為電池的1/10。

儲能是太陽能生產(chǎn)中必不可少的。像許多工業(yè)過程用熱一樣，氫裂解需要全天候穩(wěn)定地供熱。所有太陽能熱化學(xué)過程都包括通過與太陽能反應(yīng)堆混合，或通過包含熱能存儲介質(zhì)（如熔融鹽）來確保穩(wěn)定供應(yīng)熱能。

“如果想使用任何種類的可再生能源，則需要配置足量的存儲系統(tǒng)，來確保24/7全天候運(yùn)行”，澳大利亞大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院為HyS研究做出貢獻(xiàn)的邁赫迪賈法里安（Mehdi Jafarian）補(bǔ)充說，“因此，我們認(rèn)為HyS工藝具有整合到銅加工中的潛力，而如果使用太陽能光伏，那么電池存儲的成本將大大增加凈成本，以使這些工藝脫碳?！?/p>

銅礦如何使用硫酸？

“在采礦過程中，例如銅礦石焙燒中會產(chǎn)生二氧化硫。這可以用于熱/電混合循環(huán)中，以產(chǎn)生氫氣，氧氣和硫酸?！盨attler解釋說。

銅礦需要?dú)錃夂脱鯕?。因?yàn)榈V石中含有大量的硫，因此首先需要氧氣來烘烤礦石；通過焙燒，將礦石轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸~，然后用氫氣將氧化銅還原為銅。銅礦石中含有用于生產(chǎn)硫酸的硫，而硫又用于浸出礦物中的其他雜質(zhì)。

雙贏，在銅礦現(xiàn)場生產(chǎn)太陽能氫氣和氧氣

當(dāng)前，將氫氣和氧氣運(yùn)到礦山的費(fèi)用，以及采用化石燃料作為熱源的費(fèi)用都相當(dāng)昂貴；所以銅礦只能在礦場生產(chǎn)氧化銅，然后于將氧化銅運(yùn)到工廠，精煉成銅；這樣的生產(chǎn)流程也會使礦山失去了生產(chǎn)有價值的銅產(chǎn)品機(jī)會。

“而這項(xiàng)HyS技術(shù)將能夠在現(xiàn)場提供生產(chǎn)出最終銅產(chǎn)品?！盨attler表示。

Jafarian補(bǔ)充說：“我們設(shè)計(jì)了一個可以將HyS集成到銅加工中的系統(tǒng)。目前，我們正在與DLR合作，將HyS整合到銅加工中，從而為銅加工和采礦業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)氫氣和氧氣。這使我們每年可以為銅加工商提供大約9到10個月的氫氣和氧氣。從經(jīng)濟(jì)角度講，它甚至可以與使用化石燃料的最新制氫技術(shù)相提并論?！?/p>

一旦將太陽能氫作為對銅礦開采業(yè)的工業(yè)服務(wù)組成部分進(jìn)行生產(chǎn)，便可以將其作為獨(dú)立的能源載體進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，并在難以脫碳的領(lǐng)域中得到許多應(yīng)用，例如，貨物運(yùn)輸?shù)戎匦瓦\(yùn)輸，從而建立了規(guī)?；a(chǎn)。

Jafarian指出，BHP Group是世界上最大的礦業(yè)公司，在澳大利亞擁有主要股份。上個月，BHP Group發(fā)布了綠色氫計(jì)劃?！叭绻@家巨頭想要綠色氫氣，那對我們來說是最好的機(jī)會，而澳大利亞目前擁有做到這些的所有基礎(chǔ)設(shè)施、能力和資源。”

澳大利亞將試用這種基于硫的太陽能熱化學(xué)技術(shù)

阿德萊德大學(xué)太陽能研究工程師阿方索·基尼奇（Alfonso Chinnici）也認(rèn)為，澳大利亞是HyS研究可以首先商業(yè)化的地方。一項(xiàng)私營/公共的重工業(yè)脫碳倡議已經(jīng)通過一個合作研究中心（CRC）HyS技術(shù)即將獲得試驗(yàn)。

同時也參與澳大利亞希爾特CRC項(xiàng)目的Chinnici指出，DLR即將向澳大利亞運(yùn)送接收器，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小型試驗(yàn)。他說：“然后計(jì)劃在2022年進(jìn)行一次太陽測試——在戶外用太陽定日鏡場進(jìn)行測試?！?/p>

“我認(rèn)為DLR具有相當(dāng)快的程序，因?yàn)樗皇菑牧汩_始的。DLR的克里斯蒂安（Christian）小組已儲備了相當(dāng)多的專業(yè)知識，他們從開始有了想法，以及進(jìn)行接收器研制工作已有5年?！?/p>

Jafarian表示，將繼續(xù)對這項(xiàng)先進(jìn)的太陽能技術(shù)進(jìn)行測試的其他改進(jìn)：“我們還在研究另一種技術(shù)，以改進(jìn)將太陽能引入系統(tǒng)的方式。我們正在研究一種稱為太陽腔氣泡接收器的太陽能接收器，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行了一些技術(shù)評估，發(fā)現(xiàn)這還具有進(jìn)一步降低成本的潛力?！?/p>

IMAGE 澳大利亞阿德萊德的Mehdi Jafarian大學(xué)（摘自論文：具有鼓泡傳熱的太陽能接收器，用于加熱加壓氣體）

“目前評估主要基于DLR開發(fā)的技術(shù)。但是，我們也在并行開發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)，進(jìn)一步降低銅行業(yè)的制氫成本方面也具有巨大的潛力。”

在全球范圍內(nèi)，由于清潔能源技術(shù)的增長，銅行業(yè)需要快速增長以滿足需求的增長，并且在滿足需要替代化石能源的新氣候目標(biāo)的同時做到這一點(diǎn)。據(jù)彭博社預(yù)測，到2030年，銅的年供應(yīng)赤字將達(dá)到470萬噸，因此，有必要采用經(jīng)濟(jì)的方法來提煉可利用清潔能源提供熱量的銅。澳大利亞銅業(yè)公司已意識到采用清潔能源降低碳排放已迫在眉睫。