太阳能金属热化学循环制氢现状.pdf

第6 0 卷第4 期 2 008 年11 月 有色金属 N o n f e l r O l l SM e t a l s V 0 1 ．6 0 ，N o ．4 N o v e I [ I l b e r2008 太阳能金属热化学循环制氢现状 冯林永1 ，杨显万1 ，蒋训雄2 ，汪胜东2 1 ．昆睨理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京 10 0 0 4 4 摘要介绍太阳能电解水制氢、直接分解水舸氢、金属热化学循环制氢气的优缺点，说明两步热循环制氢具有优良的发展 前景。重点介绍了F e 。M g ．越，Z n 等金属在两步热化学循环制氢中的反应温度、动力学、能量利用率及副产品等指标，指出Z n O ／Z n 最适合热化学循环制氢，并介绍Z n O ／Z n 两步热循环制氢的最新设备。展望热化学循环制氢未来发展方向。 关键词化学工程；氢气制备；热化学循环；太阳能 中图分类号T Q l l 6 ．2 ；T K S l 9 ；T K 9 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 4 0 1 0 9 0 6， 氢的热值 1 4 2 0 0 0 k J ／k g 是石油热值 4 8 0 0 0 k J ／ k g 的3 倍，在石油中加入5 ％的氢，可提高效率 2 0 ％。氢燃烧产物主要是水，具有无污染、无毒等环 保优势，是矿物燃料无法比拟的。近几年来，随着质 子交换膜氢燃料电池技术获得前所未有的进展，氢 燃料电池被视为最具潜力的环保汽车动力源并逐步 走向商品化。然而传统的制氢方法需要消耗巨大的 常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能的推广 应用。利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过 程中的一次能源，可使氢能开发展现出更加广阔的前 景。目前太阳能制氢技术主要有分解水制氢、热化学 循环制氢气、化石燃料脱碳制氢、生物质制氢。介绍 分解水制氢和热化学循环制氢研究现状。 太阳能分解水制氢 1 ．1 电解水制氢 太阳能电解水制氢第一步是通过太阳电池将太 阳能转换成电能，第二步是将电能转化成氢能，构成 所谓的太阳能光伏制氢系统。电解制氢可分为常规 电解、高压电解、高温电解三种L 1 l 。常规水电解使 用惰性电极，碱性溶液或无机酸来传导电流进行电 解，阴极和阳极用微孔膜分开以阻止气体产物的混 合，在输出压力0 ．2 ～．0 ．5 M P a 下，电解过程的效率 可达6 5 ％。高压电解是利用气态氢气的体积能量 密度相当低的优势来电解，该技术已经发展成熟并 在德国进行了5 k W e 高压电解反应器的试验。高温 电解兴起于2 0 世纪8 0 年代，它是将分解水的一部 收稿日期2 0 0 6 1 1 2 2 作者简介冯林永 1 9 8 0 一 ，男。湖北仙桃县人，博士，主要从事冶 金能源等方面的研究。 分太阳能以高温的形式供人来降低反应的电量，它 能加快反应的动力学，降低电池的内电阻，增加总能 量效率，但该法运行温度高，给材料的选择带来了一 定限制。目前，高温固体氧化电解 S o E C S 能将水 蒸气和C 0 2 的混合气体电解为C O 和H 2 。 1 ．2 直接分解水制氢 太阳能直接分解水过程表示为式 1 。反应 1 虽然形式简单，但需要很高的温度 3 0 0 0K 以上、 0 ．1 M P a 压力时水的分解率6 4 ％ ，也需有效技术分 离H 2 和0 2 以避免爆炸。分离氢气的方法有渗出 分离[ 2 4 】和电解分离[ 5 - 6 】。K o g a n 和D i v e r 等人在 Z r 0 2 衬底的半渗透膜上实现了氢和氧的分离[ 7 I 。 太阳能直接分解水反应器的材料需耐高温，且高温 时反应器会发生明显的二次辐射，降低了对太阳能 的吸收，这大大限制了其应用。 H 2 0 H 2 1 ／2 0 2 1 2热化学循环制氢气 2 ．1 多步热循环 早期的多步热循环研究温度都比较低。S e r p o n e 和F u n k 分别论述了多步热循环法，其中有代 表性的多步热循环法有G A 三步循环和U T 3 四步 循环L 8 - 1 1J 。G A 三步循环法是在1 1 3 0 K 时热分解 硫酸制氢，U T 3 四步循环法是在1 0 2 0 K 和8 7 0 K 分 别用C a B r 2 和F e B r 2 制氢。多步热循环 一般2 步 以上 热传递和产物分离的热效率都比较低。 2 ．2 金属氧化物热分解一水解制氢 热分解金属氧化物水解制氢过程如图1 所示。 第一步是金属氧化物吸收太阳能热分解为金属和或 低价的金属氧化物，为吸热过程，第二步是金属水解 万方数据 1 l O有色金属第6 0 卷 形．成相应的氧化物和氢气，为放热过程。该方法可 使氢气和氧气再不同的阶段生成而自动分离，反应 可以表示为式 2 和式 3 ，其中M 表示金属，M x o 。 表示相应的金属氧化物。式 2 和式 3 的总反应即 为式 1 。 M 。O ，一z M y ／2 0 2 2 x M y H 2 ∽M 。O 。 y H 2 3 图l 两步热循环过程 F i g ．12 - s t e pt h e r m o e h e m i c a lc y c l i cp r o c e s s e s 两步热循环由N a k a m u r a 提出，最先用的氧化 还原对为F e 3 0 4 ／F e O 。在2 3 0 0 K 以上S t e i n f e l d E l 2 J 对磁铁矿进行了热分解试验，产物为铁酸盐【1 3 】。 T o f i g h i 和S i b i e u d e 在太阳能炉里也进行了试验研 究，所得产物需要快速冷却以避免再氧化，但快速冷 却会导致太阳能损失约8 0 ％[ 1 4 _ 15 1 。后来。E h r e n s ． b e r g e r 等人用金属M n 和N i 置换F e 3 0 4 中的一部 分铁离子得混合金属氧化物 F e 卜。M 。 3 0 4 ，然后用 太阳能将其还原为 F e 卜。M 。 卜，O ，最后将低价氧 化物水解获得了氢气，该方法与F e a 0 4 制氢相比更 容易被还原且还原的温度较低[ 1 6 】。P a l u m b o 研究 了T i 0 2 ／T i O z 2 氧化还原对制氢气，在空气中 用太阳能将T i 0 2 加热到2 7 0 0 K 热分解得低价混合 物T i 。0 2 。一， 1 咒 4 ，再水解获得氢气，实验表明 热分解反应速率受氧气在液体表面扩散限 制[ 1 7 - 18 | 。S t u r z e n e g g e r 研究了添加剂对循环过程 的的影响，在氧化物C 0 3 0 4 ，M n 3 0 4 中加入添加剂 N a O H 后在9 0 0 K 反应后水解制氢，热循环效率变 大 最高可达7 4 ％ 且氢气产量明显增加，加入 N a O H 后反应变为三步热循环[ 1 5 , 1 9 ] 。 P a l u m b o 研究了Z n O 的热分解，在2 3 4 0 K 热分 解反应的A G o 0 。△H o 3 9 5k J ／m o l E 2 0 1 。W e i ． d e n k a f f 等人用热重法测定了热分解反应活化能在 3 1 0 ～3 5 0 K J ／m o l 之间[ 2 卜2 2 I 。M o e l l e r 和P a l u m b o 用直接太阳能辐射Z n O 颗粒获得了热分解的速率 方程和阿仑尼乌斯参量Ⅲ] 。S t e i n f e l d 研究了其热 化学循环的放射本能效率，在不回热量时效率仅 2 9 ％，如果回收急冷和水解的热量可达8 2 ％L 2 0 l 。 W e i d e n k a f f 等人在有0 2 存在的管式炉里研究了锌 蒸汽部分结晶冷却，在缺少晶核的地方Z n ㈦可以以 金属稳定态与0 2 共存，若存在晶核则需急冷以避 免它们重新结合[ 2 3 | 。F l e t c h e r 等人提出了高温电热 分离Z n ㈤与0 2 ，在小型太阳能炉上验证该方法能 进一步回收产物的显热和潜热 如锌冷凝的热量 1 1 6k , l ／m 0 1 [ 2 4 , 2 5 - 2 6 ] 。现阶段研究表明，所有氧化 还原对中Z n O ／Z n 的物理化学性质决定了它最适合 两步热循环制氢。 H a u e t e r 等人设计了图2 所示的Z n O ／Z n 太阳 能分解反应器【2 7 | 。聚集的太阳光通过石英玻璃3 进入到旋转的锥形反应器腔体1 中，Z n O 粉末通过 进料器6 进入腔体1 中并在腔体中加热分解为Z n g 和0 2 ，产物从出口9 排出。该反应器最高能量 密度为4 0 0 0 k W ／m 2 、功率为1 0 k W ，能使Z n O 表面 温度在2 s 内达到2 0 0 0 K ，且该反应器系统的热惯性 低并有抵抗温度剧增的能力。 1 一腔俸；2 一聚光孔；3 一石荚窗；4 一C P C ；5 一锥管；6 一进料器； 7 一Z n O 层；8 一净化气体；9 一出口；1 0 一冷却装置 图2 旋转腔体反应器 F i g ．2R o t a t i n gc a v i t ys o l a rr e a c t o r 2 ．3 金属氧化物碳热还原一水解制氢 碳热还原金属氧化物制氢大多在中温进行，具 有反应温度低，自动分离氢气等优点。总反应可以 表示为式 4 ～式 6 。 M 。O ， y C g r - - ‘x M y C O 4 M O ， y C H 4 一z M y 2 H 2 c o 5 x M y I - - 1 2 C 卜 M 。o 。 y H 2 6 金属～，C a ，S i ，T i 氧化物在惰性气体保护的太 阳能炉中还原时可形成热稳定性很好的碳化物 础3 C 4 ，C a Q ，S i C ，T i C 和氮化物 A 1 N ，S i 3 N 4 ，T i N 副产品，这些碳化物和氮化物虽然是价值很高的化 万方数据 第4 期冯林永等太阳能金属热化学循环制氢现状1 1 1 工原料，但水解制氢时c a C 2 水解得乙炔，A l N 水解 产生N H 3 ，F e 3 C 水解或酸解产生液态的碳氢化合 物，碳锰化合物水解产生不同比例的氢气和氢碳化 合物，由于副产物的存在会使杂质气体增加，氢气产 率和热效率下降【28 } 。M u r r a y 等人理论上计算了各 金属氧化物还原反应的化学平衡组分，得出在1 3 0 0 - - 2 3 5 0 K 时仅F e 3 0 4 ，M g O ，Z n O 可以碳热还原为单 质金属旧9 J 。S t e i n f e l d 等人在旋转腔体反应器和流 态化床里将F e 3 0 4 ，M g O ，Z n O 进行了碳热还原，发 现V e 3 0 4 ，Z n O 完全还原成金属的温度在1 3 0 0 K 以 上，M g O 在1 8 0 0 K 以上，反应强吸热[ 3 0 一3 引。 1 一腔体；2 一聚光孔；3 一进料口；4 一出料口； 5 一窗口；6 一辅助气体 图3 直接辐射反应器 F i g ．3 D i r e c ti r r a d i a t i o nr e a c t o r 由于Z n O 与F e 3 0 4 ，M g O 相比具有反应温度、 产物熔点低且稳定故它最适合碳热还原制氢。所用 还原剂可为焦炭、天然气和其他炭质原料，还可以是 金属或低价金属氧化物 如F e ，T i 等还原 Z n O [ 3 3 _ 3 4 | 。用天然气还原Z n O 时同时也对天然 气进行了重整且不需要催化剂，产物为金属Z n 、合 成气 H 2 和C O 。如果选择适当的重整参数可生成 高质量的合成气 H 2 C O 的摩尔比为2 ，非常适合 合成C H 3 一O H - 一汽油潜在的替代品。此外，也可 用高温电热还原Z n O ，P a l u m b o 等人在1 2 0 0 ～ 1 6 7 5 K 用C a R 和N a 3 A 1 F 6 混合物作电解液在太阳 能炉内还原Z n O 获得了Z n ㈤和0 2 ，太阳能提供了 3 0 ％的还原能量，该方法不仅可降低反应温度和分 离产物，还可以用于氧化物M g O ，鹏0 3 等的还 原[ 35 | 。图3 所示为Z n O c I - h 直接辐射反应器，该 反应器能将辐射热高效地传送到化学反应所需要的 地方，但它工作时需用还原性气体或惰性气体来保 护透明窗口5 。C h r i s t i a nW i e c k e r t 等人设计了图4 所示的间接辐射Z n O C 双腔体反应器，该反应器 不需透明窗口，但内外腔之间存在隔墙而对最高操 作温度、热传导、辐射的吸收等指标产生了限制C 3 6 ] 。 图4 双腔体反应器 F i g ．4T w o - c a v i t yr e a c t o r 图5 液态锌与水蒸气反应器 F i g ．5 R e a c t o rf o ro x i d a t i o no fm o l t e nz i n cw i t hw a t e rv a p o F 2 ．4 水解反应 B e r m a n 等人在图6 所示装置上研究了液态锌 4 5 0 ～5 0 0 ℃ 与水蒸气反应的动力学，实验表明反 应放出热量且反应速率受水蒸气在氧化锌层扩散的 控制[ 3 引。K a r s t e nW e g n e r 等人在图7 所示装置上 研究了锌蒸气纳米颗粒与水蒸气的反应，在1 0 2 3 K 、 图6 液态锌在水蒸气中氧化流程图 F i g ．6E x p e r i m e n ts e t u pf o ro x i d a t i o no f l i q u i dz i n ci nw s t e rv a p o r 万方数据 1 1 2 有色金属第6 0 卷 氩气流速率0 ．5 L ／m i n 时H 2 的最高产率可达7 0 ％， 实验表明该反应器中锌反应的比表面积大、反应速 率热量传递以及质量传递快、反应很完全且反应进 料量简单、连续并容易控制[ 38 l 。 A r L 图7 实验室规模反应器 F i g ．7S c h e m eo fp r o t o t y p el a b o r a t o r y s c a l er e a t o r 3总结和展望 太阳能电解水与分解水制氢由于存在光电转换 效率低、反应温度高、能量利用率低及材料等因素限 制了其大规模的应用。多步热循环制氢 一般2 步 参考文献 以上 虽然降低了反应温度，但热传递和产物分离的 热效率都比较低，现阶段已被两步热循环所取代。 在所研究的氧化还原对中Z n O ／Z n 是最适合两步热 循环的，碳热还原温度仅1 3 0 0 K ，还原剂为天然气时 也对天然气进行了重整，产生的气体 H 2 C O 非常 适合于合成汽油的替代品 C H ，一O H ，水解时锌纳 米颗粒与水蒸气反应有具有反应速率快、热量传递 和质量传递快、反应完全、进料量简单、连续并容易 控制等优点。 氢能是一种高效、洁净的新能源转化方式载体， 用氢能取代碳氢化合物能源将是一个重要的发展趋 势。将太阳能转化为氢，利用氢的能量密度高、无污 染、可储存、可运输等一系列优点，来实现太阳能的 低成本高效率规模化利用已成为世界各国共同努力 的目标。目前，国外在Z n O ／Z n 两步热循环太阳能 制氢已经完成了成套产品设备的开发和应用。当 前，我国热化学循环制氢还处于发展阶段，还未建立 大规模高效低成本制氢的理论与技术体系，距大规 模产业应用还有较长的路，但只要经过不懈的努力， 实现氢能经济的各种条伴一定会逐步成熟，理想中 的氢能时代一定会到来。 [ 1 ] H a mL R r s e n ，R o b e r tF e i d e n h a n s ’1L e i f ，S n d e r b e r gP e t e r s e n ．T e c h n o l o g i e sf o rp r o d u c i n gh y d r o g e n [ R ] ．W a s h i n g t o n ，A m e r i - c a n R i s oN a t i o n a lL a b o r a t o r y ，2 0 0 5 2 2 2 5 ． [ 2 ] F l e t c h e rEA ，M o e nRL ．H y d r o g e na n do x y g e nf r o mw a t e r [ J ] ．S c i e n c e ，1 9 7 7 ，1 9 7 4 3 0 8 1 0 5 0 1 0 5 6 ． [ 3 ] B i l g e nE ．S o l a rh y d r o g e np r o d u c t i o nb yd i r e c tw a t e rd e c o m p o s i t i o np r o c P _ ．s s ap r e l i m i n a r ye n g i n e e r i n ga s s e s s m e n t [ J ] ．I n tJH y 一， d r o g e nE n e r g y ，1 9 8 4 ，9 1 ／2 5 3 5 8 ． [ 4 ] K o g a nA ．D i r e c ts o l a rt h e r m a ls p l i t t i n go fw a t e ra n do n s i t es e p a r a t i o no ft h ep r o d u c t s ．I I ．E x p e r i m e n t a lf e a s i b i l i t ys t u d y [ J ] ．I n t JH y d r o g e nE n e r g y ，1 9 9 8 ，2 3 9 8 9 9 8 ． [ 5 ] I h a r aS ．O nt h es t u d yo fh y d r o g e np r o d u c t i o nf r o mw a t e ru s i n gs o l a rt h e r m a le n e r g y [ J ] ．I n tJH y d r o g e nE n e r g y ，1 9 8 0 ，5 i 5 2 7 5 3 4 ． [ 6 ] F l e t c h e rEA ．S o l a rt h e r m a la n ds o l a rq u a s i e l e c t r o l y t i cp r o c e s s i n ga n ds e p a r a t i o n s z i n cf r o mz i n co x i d e ∞a ne x a m p l e [ J ] ．I n d E n gC h e mR e s ，1 9 9 9 ，3 8 2 2 7 5 2 2 8 2 ． [ 7 ] D i v e rRB ，P e d e r s o nS ，K a p p a u fT ，e ta 1 ．H y d r o g e na n do x y g e nf r o mw a t e rV I ．Q u e n c h i n gt h ee f f l u e n tf r o mas o l a rf u r n a c e [ J ] ．E n e r g y ，1 9 8 3 ，1 2 8 9 4 7 9 5 5 ． [ 8 ] S e r p o n eN ，L a w l e s sD ，T e r z i a nR ．S o l a rf u e l s s t a t u sa n dp e r s p e c t i v e s [ J ] ．S o l a rE n e r g y ，1 9 9 2 ，4 9 4 2 2 1 2 3 4 ． [ 9 ] F u n k ，．T h e r m o e h e m i c a lh y d r o g e np r o d u c t i o n p a s ta n dp r e s e n t [ J ] ．I n tJH y d r o g e nE n e r g y ，2 0 0 1 ，2 6 3 1 8 5 1 9 0 ． [ 1 0 ] O K e e f eD ，A l l e nC ，B e s e n b r u e hG ，e ta 1 ．P r e l i m i n a r yr e s u l t sf r o mb e n c h s c a l et e s t i n go fas u L f u r i o d i n et h e r m o e h e m i e a lw a - t e r s p l i t t i n gc y c l e [ J ] ．I n tJH y d r o g e nE n e r g y ，1 9 8 2 ，7 5 3 8 1 3 9 2 ． [ 1 1 ] S a k u r a iM ，B i l g e nE ，T s u t s u m iA ，e ta 1 ．S o l a rU T 一3t h e r m o e h e m i c a lc y c l ef o rh y d r o g e np r o d u c t i o n [ J ] ．S o l a rE n e r g y ， 1 9 9 6 ，5 7 1 5 1 5 8 ． [ 1 2 ] S t e i n f e l dA ，S a n d e r sS ，P a l u m b oR ．D e s i g na s p e c t so fs o l a rt h e r m o e h e m i c a le n g i n e e r i n g [ J ] ．S o l a rE n e r g y ，1 9 9 9 ，6 5 4 6 4 3 5 3 ． [ 1 3 ] N a k a m u r aT ．H y d r o g e np r o d u c t i o nf r o mw a t e ru t i l i z i n gs o l a rh e a ta th i g ht e m p e r a t u r e s [ J ] ．S o l a rE n e r g y ，1 9 7 7 ，1 9 5 4 6 7 4 7 5 ． 万方数据 第4 期冯林永等太阳能金属热化学循环制氢现状1 1 3 [ 1 4 ] S i b i e u d eF ，D u c a r r o i rM ，T o f i g h iA ，A m b r i zJ ．H i g ht e m p e r a t u r ee x p e r i m e n t sw i t has o l a rf u r n a c e t h ed e c o m p o s i t i o no f F e 3 0 4 ，M n 3 0 ‘，C d O [ J ] ．I n tJH y d r o g e nE n e r g y ，1 9 8 2 ，8 1 2 7 9 。8 8 ． [ 1 5 ] S i b i e u d eF ，D u c a r r o i rM ，T o f i g h iA ，e ta 1 ．H i g h t e m p e r a t u r ee x p e r i m e n t s w i t has o l a rf u r n a c e t h ed e c o m p o s i t i o no fF e 3 0 4 ， M n 3 0 ‘，C d O [ J ] ．I n tJH y d r o g e n E n e r g y ，1 9 8 2 ，7 3 7 9 8 8 ． [ 1 6 ] M o e l l e rS ，P a l u m b oR ．S o l a rt h e r m a ld e c o m p o s i t i o nk i n e t i c so fZ n Oi nt h et e m p e r a t u r er a n g e1 9 5 02 4 0 0K [ J ] ．C h e mE n g S o l ，2 0 0 1 ，5 6 1 5 4 5 0 5 4 5 1 5 ． [ 1 7 ] P a l u m b oRD ，C a m p b e UMB ，G r a f eT ．H i g h t e m p e r a t u r es o l a rt h e r m a lp r o c e s s i n go fZ n s a n dC Of r o mZ n O s a n dC g r u s i n gT i 2 0 3a n dT i O z [ J ] ．E n e r g yI n tJ ，1 9 9 2 ，1 7 1 0 7 9 1 9 0 ． [ 1 8 ] P a l u m b oRD ，R o u a n e tA ，P i c h e l i nG ．T h es o l a rt h e r m a ld e c o m p o s i t i o no fT i 0 2a b o v e2 2 0 0Ka n di t su s ei nt h ep r o d u c t i o no f Z nf r o mZ n O [ J ] ．E n e r g y I n tJ ，1 9 9 5 ，3 6 6 8 5 7 8 6 8 ． [ 1 9 ] S t u r z e n e g g e rM ，N i i e s c hP ．E f f i c i e n c ya n a l y s i sf o ram a n g a n e s e o x i d e b a s e dt h e r m o c h e m i c a lc y c l e [ J ] ．E n e r g y ，1 9 9 9 ，2 4 1 1 9 5 9 9 7 0 ． [ 2 0 ] S t e i n f e l dA ．S o l a rh y d r o g e np r o d u c t i o nv i aa2 一s t e pw a t e r s p l i t t i n gt h e r m o e h e m i c a lc y c l eb a s e do nZ n ／Z n Or e d o xr e a c t i o n s [ J ] ．I n tJH y d r o g e nE n e r g y ，2 0 0 2 ，2 7 8 6 1 1 6 1 9 ． [ 2 1 ] W e i d e n k a f fA ，R e l i e rA ，W o k a u nA ，e ta 1 ．T h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y s i so ft h eZ n O ／Z nw a t e rs p l i t t i n gc y c l e [ J ] ．T h e r m o c h i m A c t s ，2 0 0 0 ，3 5 9 1 6 9 7 5 ． 。 [ 2 2 ] W e i d e n k s f fA ，R e l i e rA ，S i b i e u d e F ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n so nt h ec r y s t a l l i z a t i o no fz i n cb yd i r e c ti r r a d i a t i o no fz i n c o x i d ei nas o l a rf u r n a c e [ J ] ．C h e mM a t e r ，2 0 0 0 ，1 2 9 2 1 7 5 2 1 8 1 ． [ 2 3 ] W e i d e n k s f fA ，S t e i n f e l dA ，W o k s u nA ，e ta 1 ．T h ed i r e c ts o l a rt h e r m a ld i s s o c i a t i o no fZ n O c o n d e n s a t i o na a dc r y s t a l l i z a t i o no f Z ni nt h ep r e s e n c eo fo x y g e n [ J ] ．S o l a rE n e r g y ，1 9 9 9 ，6 5 2 5 9 6 9 ． [ 2 4 ] P a l u m b oRD ，F l e t c h e rEA ．H i g ht e m p e r a t u r es o l a re l e c t r o t h e r m a lp r o c e s s i n g ．I I I ．Z i n cf r o mz i n co x i d ea t1 2 0 0 1 6 7 5K u s i n gan o n - c o n s u m a b l ea n o d e [ J ] ．E n e r g y ，1 9 8 8 ，1 3 5 3 1 9 3 3 2 ． [ 2 5 ] P a r k sDJ ，S c h o UKL ，F l e t c h e rEA ．As t u d yo ft h eu ∞o fY 2 0 3d o p e dZ 鹏m e m b r a n e s f o rs o l a re l e c t r o t h e r m a la n ds o l a rt h e r m a ls e p a r a t i o n s [ J ] ．E n e r g y ，1 9 8 8 ，1 3 3 1 2 1 1 3 6 ． [ 2 6 ] F l e t c h e rEA ，M a c d o n a l dF ，K u r m e r t hD ．H i g ht e m p e r a t u r es o l a re l e c t r o t h e r m a lp r o c e s s i n gI I ．Z i n cf r o mz i n co x i d e [ J ] ．E n e r g y ，1 9 8 5 ，1 0 2 1 2 5 5 1 2 7 2 ． [ 2 7 ] H a u e t e rP ，M o e l l e rS ，P a l u m b oR ，e ta 1 ．T h ep r o d u c t i o no fz i n cb yt h e r m a ld i s s o c i a t i o no fz i n co x i d e s o l a rc h e m i c a lr e a c t o r d e s i g n [ J ] ．S o l a rE n e r g y ，1 9 9 9 ，6 7 3 1 6 1 1 6 7 ． [ 2 8 ] M u r r a yJP ，S t e i n f e l dA ，F l e t c h e rEA ．M e t a l s ，n i t r i d e s ，a n dc a r b i d e sv i as o l a rc a r b o t h e r m a lr e d u c t i o no fm e t a l s o x i d e s [ J ] ． E n e r g y ，1 9 9 5 ，2 0 6 6 9 5 7 0 4 ． [ 2 9 ] E p s t e i nM ，E h r e r t s b e r g e rK ，Y o g e vA ．F e r r o r e d u c t i o no fZ n Ou s i n gc o n c e n t r a t e ds o l a re n e r g y [ C ] ／／S t e i n f e l dA ．P r o c e e d i n g so ft h el l t hS o l a rP A C E SS y m p o s i u mo nC o n c e n t r a t e dS o l a rP o w e ra n dC h e m i c a lE n e r g yT e c h n o l o g i e s ．Z u r i c h ，S w i t z e r l a n d t h eS o l a rP A C E SE x e c u t i v eC o m m i t t e e ，2 0 0 4 2 6 1 2 6 9 ． [ 3 0 ] S t e i n f e l dA ，S c h u b n e HM ．O p t i m u ma p e r t u r es i z ea n do p e r a t i n gt e m p e r a t u r eo fas o l a rc a v i t y r e c e i v e r [ J ] ．S o l a rE n e r g y ， 1 9 9 3 ，5 0 1 1 9 2 5 ． [ 3 1 ] K r ／i u p lS ，S t e i n f d dA ．O p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c eo fa5k Ws o l a rc h e m i c a lr e a c t o rf o rt h eC o p r o d u c t i o no fz i n ca n ds y n g a s [ J ] ．A S M EJS o l a rE n e r g yE n g ，2 0 0 3 ，1 2 5 2 1 2 4 1 2 6 ． [ 3 2 ] S t e i n f e l dA ，F l e t c h e rEA ．T h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no ft h ec a r b o t h e r m i cr e d u c t i o no fF e z 0 3u s