“使太陽能制氫商業化的最快途徑，或許可以通過太陽能熱化學反應為澳大利亞的銅礦開采業提供制氫、氧和及熱能來實現。”德國DLR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驗，發現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工藝之間有著協同的聯系，即混合硫（HyS）技術。

IMAGE DLR硫酸分裂太陽能反應堆

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

與傳統的水電解相比，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設計并測試了這種高溫硫基工藝所需的組成部件——太陽能反應器/蒸發器，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構材料，該材料可以在腐蝕條件和執行熱化學所需的極高溫度下保持穩定性。

混合硫（HyS）太陽能反應堆

硫基太陽能熱化學的優勢

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

硫基熱化學工藝的存儲容量比當今的熔融鹽大一個數量級，這將使可靠的全天候運行成本降低，甚至比CSP當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。

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

“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，來確保24/7全天候運行”，澳大利亞大學機械工程學院為HyS研究做出貢獻的邁赫迪賈法里安（Mehdi Jafarian）補充說，“因此，我們認為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。”

銅礦如何使用硫酸？

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

銅礦需要氫氣和氧氣。因為礦石中含有大量的硫，因此首先需要氧氣來烘烤礦石；通過焙燒，將礦石轉變為氧化銅，然后用氫氣將氧化銅還原為銅。銅礦石中含有用于生產硫酸的硫，而硫又用于浸出礦物中的其他雜質。

雙贏，在銅礦現場生產太陽能氫氣和氧氣

當前，將氫氣和氧氣運到礦山的費用，以及采用化石燃料作為熱源的費用都相當昂貴；所以銅礦只能在礦場生產氧化銅，然后于將氧化銅運到工廠，精煉成銅；這樣的生產流程也會使礦山失去了生產有價值的銅產品機會。

“而這項HyS技術將能夠在現場提供生產出最終銅產品?！盨attler表示。

Jafarian補充說：“我們設計了一個可以將HyS集成到銅加工中的系統。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現場生產氫氣和氧氣。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。從經濟角度講，它甚至可以與使用化石燃料的最新制氫技術相提并論。”

一旦將太陽能氫作為對銅礦開采業的工業服務組成部分進行生產，便可以將其作為獨立的能源載體進行大規模生產，并在難以脫碳的領域中得到許多應用，例如，貨物運輸等重型運輸，從而建立了規模化生產。

Jafarian指出，BHP Group是世界上最大的礦業公司，在澳大利亞擁有主要股份。上個月，BHP Group發布了綠色氫計劃?！叭绻@家巨頭想要綠色氫氣，那對我們來說是最好的機會，而澳大利亞目前擁有做到這些的所有基礎設施、能力和資源?！?/p>

澳大利亞將試用這種基于硫的太陽能熱化學技術

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

同時也參與澳大利亞希爾特CRC項目的Chinnici指出，DLR即將向澳大利亞運送接收器，在實驗室進行小型試驗。他說：“然后計劃在2022年進行一次太陽測試——在戶外用太陽定日鏡場進行測試。”

“我認為DLR具有相當快的程序，因為它不是從零開始的。DLR的克里斯蒂安（Christian）小組已儲備了相當多的專業知識，他們從開始有了想法，以及進行接收器研制工作已有5年?！?/p>

Jafarian表示，將繼續對這項先進的太陽能技術進行測試的其他改進：“我們還在研究另一種技術，以改進將太陽能引入系統的方式。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，現已經進行了一些技術評估，發現這還具有進一步降低成本的潛力?！?/p>

IMAGE 澳大利亞阿德萊德的Mehdi Jafarian大學（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開發的技術。但是，我們也在并行開發一項新技術，進一步降低銅行業的制氫成本方面也具有巨大的潛力。”

在全球范圍內，由于清潔能源技術的增長，銅行業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的同時做到這一點。據彭博社預測，到2030年，銅的年供應赤字將達到470萬噸，因此，有必要采用經濟的方法來提煉可利用清潔能源提供熱量的銅。澳大利亞銅業公司已意識到采用清潔能源降低碳排放已迫在眉睫。