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Scaling solar photocatalytic hydrogen production in China: Integrated geospatial-meteorological analysis

制氢 地理空间分析 环境科学 缩放比例 生产(经济) 中国 光催化 气象学 环境工程 工程物理 遥感 地理 工程类 物理 化学 生物化学 几何学 数学 考古 量子力学 经济 催化作用 宏观经济学
作者
Yinan Li,Lanyu Li,Hongkuan Yuan,Keji He,Hong Chen,Jianping Xie,Biao Wang,Xiaonan Wang
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier BV]
卷期号:381: 125179-125179 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2024.125179
摘要

Solar photocatalytic hydrogen production is considered a promising technology owing to its sustainable nature, while facing the challenges of improving and maintaining photocatalytic efficiency under prolonged variable weather conditions. Herein, we screen out the MoTe 2 /ZrS 2 system with a theoretical solar-to‑hydrogen conversion efficiency of 10.37 %. To improve the actual efficiency among all 97,711 grid cells in China, we propose an original meteorological data-driven machine learning model to optimize photocatalytic H 2 production and results show that the annual average STH efficiency gives a mean of 3.16 % within a range of 0.44 % – 4.91 %. Incorporating geospatial data, we determine that China's photocatalytic H 2 potential is about 216.65 Mt./year, which has been improved by almost sixfold compared to that without optimization, and the country's 2060 hydrogen demand can be met by using 11.08 % of its total land area. Compared with photovoltaic electrolysis, a photocatalyst cost of 23 USD/m 2 cat /10 3 h would make photocatalysis economically competitive. Last, considering hydrogen production fluctuations, we explore optimal operation of hydrogen storage and utilization facilities to fulfil downstream demands. • An original meteorological data-driven machine learning model is proposed. • Photocatalytic H 2 potential boost almost sixfold based on geospatial data. • About 11 % of land allocated could satisfy China's H 2 demand by 2060. • Techno-economic target for photocatalyst is benchmarked against PV-electrolysis. • Photocatalytic H 2 variability is analyzed across timescales.

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