100m2规模的太阳能制氢实证试验
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摘 要：日本NEDO和人工光合成化学工艺技术研究协会开发了一种100m2规模的光催化面板反应系统，并成功地进行了全球首次实证试验，通过此次试验证实了能够从混合气体中安全且稳定地分离回收高纯度氢气，有助于实现人工光合作用系统的实际应用。
关键字：太阳能制氢、人工光合作用系统、光催化剂、氢氧混合气体、高纯度氢气
日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）和人工光合成化学工艺技术研究协会（ARPChem）开发了一种100m2规模的光催化面板反应系统，该系统由太阳能光接收型光催化水解面板反应器（光催化面板反应器）和氢氧气体分离模块连结而成，并成功地进行了全球首次实证试验，目标是实现人工光合作用系统的实际应用。
100m2规模的光催化面板反应器的外观
（来源：NEDO）
此次实证试验是在东京大学、富士胶卷、TOTO、三菱化学、信州大学、明治大学的合作下完成的。从2019年8月开始在东京大学柿冈教育研究设施（茨城县石冈市）中进行室外自然太阳光下的光催化面板反应系统的实证试验，并成功地从分解水生成的氢氧混合气体中分离回收到高纯度氢气。此外，经验证，通过合理设计气流通路，可长期安全地处理混合气体。由此，有助于实现太阳能制氢用光催化面板反应系统的大规模化以及太阳能制氢工艺的安全设计。
NEDO在《二氧化碳原料化基础化学产品制造工艺技术开发（人工光合作用项目）》中，致力于开发一种以氢气和二氧化碳为原料的基础化学品（C2～C4烯烃）制造工艺的基础技术，其中氢气是利用太阳能，通过光催化剂从水中分解得到。
该项目如下图所示，由3个研发主题构成，此次的成果是光催化剂开发的主题。
人工光合作用项目概要图
（来源：NEDO）
本次开发的系统由光催化面板反应器和内置有分离膜的氢氧气体分离模块构成，该光催化面板反应器连结有多个，以形成100m2的光接收面积。该实证试验在世界上首次成功地从水解反应生成的氢氧混合气体中安全且稳定地分离回收到高纯度氢气。
具体来讲，设计开发的光催化面板反应器的结构具有以下优点：产生的混合气体气泡能够顺畅移动，且即使点火也不会发生爆炸。通过连结多个光催化面板反应器，制作成光接收面积为100m2的光催化面板反应器。已验证，即使在室外环境下也可连续1年左右生成混合气体。
此外，通过光催化面板反应系统的气体分离模块，可从混合气体中分离出高纯度氢气。已证实，不受日照条件影响，可合理地控制气体流量，进而可维持稳定的气体分离性能，而且在室外也可以持续几个月在不损坏机能的情况下运转。另外，通过合理地设计光催化反应系统，在室外试验中未发生自然着火、爆炸等情况。为进一步观察意外爆炸的影响，有意地点燃了光催化面板反应系统的各组成部分，但未发现爆炸引起的装置破损、光催化剂和分离膜的性能劣化。
NEDO表示，“这些成果都是极具突破性和创新性的，展示了光催化面板反应系统的大规模化和太阳能制氢工艺的安全设计相关基本原理。”
今后将继续进行技术开发，以进一步降低光催化面板的成本、扩大光催化面板反应系统的规模、并提高气体分离工艺的分离性能和能源效率。
翻译：王宁愿
审校：李 涵
贾陆叶
统稿：李淑珊
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