เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์คือเชื้อเพลิงสังเคราะห์ที่ผลิตโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ผ่านกระบวนการทางเคมีแสง (เช่นการกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีบางอย่างด้วยโฟตอน ) กระบวนการทางชีวภาพแสง (เช่นการสังเคราะห์แสงเทียม ) กระบวนการ ทางเคมีไฟฟ้า (เช่น การใช้ไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาภายในเช่นไฮโดรอิเล็กโทรไลซิส ) ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}หรือ กระบวนการ ทางเคมีเชิงความร้อน (เช่น การใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ได้จากพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เข้มข้นเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมี) ^{[ 5 ] [ 6 ]}แสงแดด เป็น แหล่งพลังงานหลักโดยพลังงานรังสี ของแสงแดด จะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะโดยทั่วไปแล้วโดยการลดโปรตอนให้เป็นไฮโดรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์

เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์สามารถผลิตและเก็บไว้ใช้ในภายหลังได้เมื่อไม่มีแสงแดด ทำให้เป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลและแบตเตอรี่ ตัวอย่างของเชื้อเพลิงดังกล่าว ได้แก่ ไฮโดรเจน แอมโมเนีย และไฮดราซีน กำลังมีการพัฒนา ตัวเร่งปฏิกิริยาแสง ที่หลากหลายเพื่อดำเนินการปฏิกิริยาเหล่านี้ใน ลักษณะที่ยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม^{[ 7 ]}

การพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ลดลงของโลกไม่เพียงแต่ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม เท่านั้น แต่ยัง ก่อให้ เกิดปัญหาทางภูมิรัฐศาสตร์ อีกด้วย ^{[ 8 ]}เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ โดยเฉพาะไฮโดรเจน ถือเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่การจัดเก็บเป็นสิ่งจำเป็นไฟฟ้าสามารถผลิตได้โดยตรงจากแสงแดดผ่านเซลล์แสงอาทิตย์แต่พลังงานรูปแบบนี้มีประสิทธิภาพในการจัดเก็บค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับไฮโดรเจน^{[ 7 ]}เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์สามารถผลิตได้เมื่อและที่ใดก็ตามที่มีแสงแดด และสามารถจัดเก็บและขนส่งเพื่อใช้ในภายหลัง ทำให้สะดวกยิ่งขึ้น เนื่องจากสามารถนำไปใช้ในสถานการณ์ที่ไม่มีแสงแดดโดยตรงได้

เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางที่สุดคือไฮโดรเจน เนื่องจากผลิตภัณฑ์เดียวของการใช้เชื้อเพลิงนี้คือน้ำ และผลิตภัณฑ์จากการลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยปฏิกิริยาเคมีแสงซึ่งเป็นเชื้อเพลิงทั่วไป เช่น มีเทนและโพรเพน การวิจัยในอนาคตยังเกี่ยวข้องกับแอมโมเนียและสารที่เกี่ยวข้อง (เช่น ไฮดราซีน) ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาที่มาพร้อมกับไฮโดรเจนได้ โดยเป็นวิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนที่กะทัดรัดและปลอดภัยกว่า นอกจากนี้ยังมีการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์เชื้อเพลิงแอมโมเนียโดยตรงอีกด้วย^{[ 9 ]}

เชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์สามารถผลิตได้ทั้งโดยกระบวนการโดยตรงและโดยอ้อม กระบวนการโดยตรงใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อผลิตเชื้อเพลิงโดยไม่ต้องมีการแปลงพลังงานขั้นกลาง กระบวนการเทอร์โมเคมีพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ความร้อนจากดวงอาทิตย์โดยตรงเพื่อให้ความร้อนแก่ตัวรับที่อยู่ติดกับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งจะทำกระบวนการเทอร์โมเคมี ในทางตรงกันข้าม กระบวนการโดยอ้อมจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานรูปแบบอื่นก่อน (เช่นชีวมวลหรือไฟฟ้า) จากนั้นจึงนำไปใช้ผลิตเชื้อเพลิง กระบวนการโดยอ้อมนั้นง่ายต่อการนำไปใช้ แต่มีข้อเสียคือมีประสิทธิภาพน้อยกว่าวิธีการโดยตรง ดังนั้น วิธีการโดยตรงจึงน่าสนใจกว่าวิธีการที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า งานวิจัยใหม่จึงมุ่งเน้นไปที่การแปลงโดยตรงนี้มากขึ้น แต่ยังรวมถึงเชื้อเพลิงที่สามารถนำมาใช้ได้ทันทีเพื่อรักษาสมดุลของโครงข่ายไฟฟ้าด้วย^{[ 7 ]}

ใน กระบวนการ โฟโตอิเล็กโทรเคมี พลังงานแสงอาทิตย์ ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้โดยการอิเล็กโทรไลซิสในการใช้แสงอาทิตย์ในกระบวนการนี้สามารถใช้เซลล์โฟโตอิเล็กโทรเคมี ได้ โดยที่ อิเล็กโทรด ที่ ไวต่อแสงจะแปลงแสงเป็นกระแสไฟฟ้าซึ่งใช้ในการแยกน้ำเซลล์ชนิดหนึ่งดังกล่าวคือเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อม^{[ 10 ]}นี่เป็นกระบวนการทางอ้อม เนื่องจากผลิตไฟฟ้าแล้วนำไปใช้ในการสร้างไฮโดรเจน กระบวนการทางอ้อมอีกอย่างหนึ่งที่ใช้แสงอาทิตย์คือการแปลงชีวมวลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพโดยใช้สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ แสงได้ อย่างไรก็ตาม พลังงานส่วนใหญ่ที่ได้จากการสังเคราะห์แสงจะถูกใช้ในกระบวนการดำรงชีวิตและสูญเสียไปสำหรับการใช้พลังงาน^{[ 7 ]}

สารกึ่งตัวนำยังสามารถใช้เป็นสารไวแสงได้อีกด้วย เมื่อสารกึ่งตัวนำถูกโฟตอนที่มีพลังงานสูงกว่าช่องว่างพลังงานกระทบ อิเล็กตรอนจะถูกกระตุ้นไปยังแถบนำไฟฟ้า และเกิดโฮลขึ้นในแถบวาเลนซ์ เนื่องจากการโค้งงอของแถบพลังงาน อิเล็กตรอนและโฮลจะเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิว ซึ่งประจุเหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในการแยกโมเลกุลของน้ำ วัสดุต่างๆ มากมายได้รับการทดสอบแล้ว แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีวัสดุใดที่ตรงตามข้อกำหนดสำหรับการใช้งานจริง^{[ 11 ]}

ใน กระบวนการ ทางเคมีแสง แสงแดดจะถูกนำมาใช้โดยตรงในการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน เนื่องจากสเปกตรัมการดูดซับของน้ำไม่ทับซ้อนกับสเปกตรัมการปล่อยแสงของดวงอาทิตย์ การแยกน้ำโดยตรงจึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ จำเป็นต้องใช้สารไวแสง ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวหลายชนิดได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นหลักฐานเชิงแนวคิดแต่ยังไม่ได้ขยายขนาดเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตาม ความเรียบง่ายของตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ทำให้ได้เปรียบในด้านต้นทุนที่อาจต่ำลงและประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ เพิ่มขึ้น ^{[ 7 ] [ 12 ]}หลักฐานเชิงแนวคิดอย่างหนึ่งคือ "ใบไม้เทียม" ที่พัฒนาโดยNoceraและเพื่อนร่วมงาน: การผสมผสานระหว่าง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ โลหะออกไซด์และเซลล์แสงอาทิตย์ แบบเซ มิคอนดักเตอร์ จะผลิตไฮโดรเจนเมื่อได้รับแสง โดยมีออกซิเจนเป็นผลพลอยได้เพียงอย่างเดียว^{[ 13 ]}

ใน กระบวนการ ทางโฟโตไบโอโลยีไฮโดรเจนจะถูกผลิตขึ้นโดยใช้จุลินทรีย์สังเคราะห์แสง ( สาหร่าย สีเขียว และไซยาโนแบคทีเรีย ) ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบ ใช้แสง จุลินทรีย์บางชนิดเหล่านี้ผลิตไฮโดรเจนได้เมื่อเปลี่ยน สภาวะ การเพาะเลี้ยงตัวอย่างเช่นChlamydomonas reinhardtiiผลิตไฮโดรเจนแบบ ไม่ใช้ออกซิเจน ภายใต้สภาวะขาดกำมะถัน กล่าวคือ เมื่อเซลล์ถูกย้ายจากอาหารเลี้ยงเชื้อหนึ่งไปยังอีกอาหารเลี้ยงเชื้อหนึ่งที่ไม่มีกำมะถัน และเจริญเติบโตโดยปราศจากออกซิเจนในบรรยากาศ^{[ 14 ]}อีกแนวทางหนึ่งคือการกำจัดกิจกรรมของเอนไซม์ ไฮโดร จี เนสที่ออกซิไดซ์ไฮโดรเจน (ดูดซับ) ใน ไซยาโน แบคทีเรียตรึงไนโตรเจน Nostoc punctiformeเพื่อไม่ให้บริโภคไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นตามธรรมชาติโดย เอนไซม์ ไนโตร จีเนส ในสภาวะตรึงไนโตรเจน^{[ 15 ]} จากนั้น N. punctiforme กลายพันธุ์ นี้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้เมื่อได้รับแสงที่มองเห็นได้

ไซยาโนแบคทีเรียกลายพันธุ์อีกชนิดหนึ่งคือSynechocystisใช้ยีนของแบคทีเรีย Rubrivivax gelatinosus CBS ในการผลิตไฮโดรเจน แบคทีเรีย CBS ผลิตไฮโดรเจนผ่านการออกซิเดชันของคาร์บอนมอนอกไซด์ นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อนำยีนเหล่านี้ไปใช้ใน Synechocystis หากสามารถนำยีนเหล่านี้ไปใช้ได้ จะต้องใช้ความพยายามในการเอาชนะปัญหาการยับยั้งของออกซิเจนในการผลิตไฮโดรเจน แต่คาดว่ากระบวนการนี้อาจสามารถดักจับพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากถึง 10% ทำให้การวิจัยทางชีววิทยาแสงเป็นสาขาที่น่าตื่นเต้นและมีแนวโน้มที่ดีมากในการสำรวจการผลิตไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม ปัญหาในการเอาชนะลักษณะระยะสั้นของการผลิตไฮโดรเจนจากสาหร่ายยังมีอยู่มากมายและการวิจัยยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่การวิจัยนี้ก็เป็นแนวทางที่ใช้ได้ผลในการนำกระบวนการหมุนเวียนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเหล่านี้ไปใช้ในเชิงอุตสาหกรรม^{[ 16 ]}

ใน กระบวนการ เทอร์โมเคมีพลังงาน แสงอาทิตย์ ^{[ 17 ]}น้ำจะถูกแยกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์โดยตรง แทนที่จะใช้ไฟฟ้า ภายในเครื่องปฏิกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์อุณหภูมิสูง^{[ 18 ]}ซึ่งได้รับฟลักซ์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีความเข้มข้นสูงจากสนามพลังงานแสงอาทิตย์ของเฮลิโอสแตทที่โฟกัสแสงอาทิตย์ที่มีความเข้มข้นสูงเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์

เส้นทางที่มีแนวโน้มดีที่สุดสองเส้นทางคือวงจรเซเรียมออกไซด์ สองขั้นตอน และวงจรไฮบริดคอปเปอร์คลอไรด์สำหรับวงจรเซเรียมออกไซด์ ขั้นตอนแรกคือการแยก CeO ₃ออกเป็น Ce ₂ O ₃ที่อุณหภูมิมากกว่า 1400 °C หลังจากขั้นตอนการลดความร้อนเพื่อลดโลหะออกไซด์แล้ว ไฮโดรเจนจะถูกผลิตขึ้นผ่านกระบวนการไฮโดรไลซิสที่อุณหภูมิประมาณ 800 °C ^{[ 19 ] [ 20 ]}วงจรคอปเปอร์คลอไรด์ต้องการอุณหภูมิที่ต่ำกว่า (~500 °C) ซึ่งทำให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่กระบวนการนี้มีขั้นตอนมากกว่าและซับซ้อนกว่าวงจรเซเรียมออกไซด์^{[ 19 ]}

เนื่องจากการผลิตไฮโดรเจนต้องอาศัยประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง กระบวนการเทอร์โมเคมีพลังงานแสงอาทิตย์จึงรวมถึงการจัดเก็บพลังงานความร้อน^{[ 21 ]}อีกวิธีหนึ่งทางเทอร์โมเคมีใช้การปฏิรูปมีเทนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่จำลองกระบวนการปฏิรูปเชื้อเพลิงฟอสซิล แบบดั้งเดิม แต่ใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์แทน^{[ 22 ]}

ในการตีพิมพ์ในวารสารNature เมื่อเดือนพฤศจิกายน 2021 Aldo Steinfeld จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีETH Zurich ของสวิตเซอร์แลนด์ รายงานเกี่ยวกับ การสังเคราะห์ แสงเทียม โดยการนำ คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำที่ดูดซับจากอากาศผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมออกไซด์ที่ได้รับความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์เข้มข้นเพื่อผลิตไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งจะถูกเปลี่ยนรูปผ่านกระบวนการ Fischer-Tropsch ไปเป็น ไฮโดรคาร์บอน เชิงซ้อน ก่อให้เกิดเมทานอลซึ่ง เป็น เชื้อเพลิงเหลวการขยายขนาด สามารถผลิต เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินได้ 414 พันล้านลิตร (414 ล้านลูกบาศก์เมตร⁾ที่ใช้ในปี 2019 บนพื้นที่ 45,000 ตารางกิโลเมตร⁽ 17,000 ตารางไมล์) ซึ่งคิดเป็น 0.5% ของทะเลทรายซาฮารา [ ^{23 ] [ 24 ] [ 25 ] Philipp} Furler หนึ่งในผู้เขียน เป็นผู้นำของSynhelionซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญ โดยในปี 2022 ได้สร้างโรงงานผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ที่Jülichทางตะวันตกของโคโลญก่อนที่จะสร้างอีกแห่งในสเปน^{[ 26 ]}สายการบิน Swiss International Air Linesซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม Lufthansaน่าจะเป็นลูกค้ารายแรกในปี 2023 ^{[ 26 ]}

คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎สามารถลดลงเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และสารประกอบที่ลดลงอื่นๆ เช่นมีเทนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแสงที่เหมาะสม ตัวอย่างแรกๆ คือการใช้Tris(bipyridine)ruthenium(II) chloride (Ru(bipy) _3Cl2 ) และโคบอลต์คลอไรด์ ( CoCl2 ₎สำหรับการลด CO2 _เป็น CO ^{[ 27 ]}ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ๆ มากมายที่สามารถลด CO2 _เป็น CO ได้ หลังจากนั้น CO สามารถนำไปใช้ในการผลิตไฮโดรคาร์บอนโดยใช้_{กระบวนการ}ฟิชเชอร์-โทรปช์ เป็นต้น ระบบที่มีแนวโน้มดีที่สุดสำหรับการลด _CO2ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์คือการรวมกันของเซลล์แสงอาทิตย์กับเซลล์ไฟฟ้าเคมี (PV+EC) ^{[ 28 ] [ 29 ]}การใช้กระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ CO2 _ยังสามารถแปลงเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ เช่น ฟอร์เมตและแอลกอฮอล์ได้อีกด้วย^{[ 30 ] [ 31 ]}

สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์นั้น มีการใช้ เซลล์แสงอาทิตย์ GaInP/GaAs/Ge ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่สถาปัตยกรรม PV แบบอนุกรมและ/หรือแบบแทนเดม (หลายจุดเชื่อมต่อ) อื่นๆ อีกมากมายก็สามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าและความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาลด CO2 _และให้ผลผลิตที่เหมาะสมได้^{[ 32 ]}เซลล์/แผงโซลาร์เซลล์สามารถวางสัมผัสโดยตรงกับอิเล็กโทรไลเซอร์ ซึ่งสามารถนำมาซึ่งข้อดีในแง่ของความกะทัดรัดของระบบและการจัดการความร้อนของทั้งสองเทคโนโลยี^{[ 32 ]}หรือแยกกัน เช่น โดยการวาง PV ไว้กลางแจ้งให้โดนแสงแดด และระบบ EC ไว้ในที่ร่ม^{[ 33 ]}

เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดในปัจจุบันคือเซลล์ไหลอิเล็กโทรดกระจายแก๊ส (GED) ซึ่ง CO2 _ทำปฏิกิริยากับอนุภาคนาโน Ag เพื่อผลิต CO ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็น CO สูงถึง 19% โดยมีการสูญเสียกิจกรรมน้อยที่สุดหลังจาก 20 ชั่วโมง^{[ 29 ]}

CO สามารถผลิตได้โดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้การแยกตัวของ CO2 _ด้วยพลาสมา ไมโครเวฟ กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพค่อนข้างดี โดยมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนไฟฟ้าเป็น CO สูงถึง 50% แต่มีอัตราการแปลงต่ำประมาณ 10% อัตราการแปลงที่ต่ำเช่นนี้ไม่เหมาะ เนื่องจาก CO และ CO2 _แยกออกจากกันได้ยากในระดับใหญ่ด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพ ข้อดีอย่างมากของกระบวนการนี้คือสามารถเปิดและปิดได้อย่างรวดเร็วและไม่ใช้วัสดุที่หายาก พลาสมา (ที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อน) ถูกผลิตขึ้นโดยใช้ไมโครเวฟ ไมโครเวฟเหล่านี้สามารถเร่ง อิเล็กตรอนอิสระในพลาสมาได้ อิเล็กตรอนเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับ CO2 _ซึ่งกระตุ้นการสั่นสะเทือน ของ _CO2ส่งผลให้ CO2 แยกตัว_เป็น CO การกระตุ้นและการแยกตัวเกิดขึ้นเร็วมากจนพลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพสูง การแยกตัวยังผลิตอนุมูลออกซิเจน^ซึ่งทำปฏิกิริยากับ CO2 _เป็น CO และ_O2 ^{[ 34} ]

ในกรณีนี้ การใช้จุลินทรีย์ก็ได้รับการสำรวจเช่นกัน โดยใช้ เทคนิค ทางพันธุวิศวกรรมและชีววิทยาเชิงสังเคราะห์สามารถนำส่วนหรือเส้นทาง การเผาผลาญที่ผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพทั้งหมดมาใส่ในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้ ตัวอย่างหนึ่งคือการผลิต 1-บิวทานอลในSynechococcus elongatusโดยใช้เอนไซม์จากClostridium acetobutylicum , Escherichia coliและTreponema denticola [ ^{35 ] ตัวอย่าง}หนึ่งของสถานวิจัยขนาดใหญ่ที่สำรวจการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพประเภทนี้คือAlgaePARCในมหาวิทยาลัยและศูนย์วิจัย Wageningen ประเทศเนเธอร์แลนด์

สารที่มีไฮโดรเจนสูง เช่นแอมโมเนียและไฮดราซีนเหมาะสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง โดยแอมโมเนียมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าไฮโดรเจนเหลวอย่างน้อย 1.3 เท่า^{[ 36 ]}ไฮดราซีนมีความหนาแน่นของพลังงานเกือบสองเท่าของไฮโดรเจนเหลว อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือจำเป็นต้องเจือจางในการใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮดราซีนโดยตรง ซึ่งทำให้กำลังไฟฟ้าโดยรวมที่ได้จากเซลล์เชื้อเพลิงนี้ลดลง นอกจากความหนาแน่นเชิงปริมาตรสูงแล้ว แอมโมเนียและไฮดราซีนยังมีคุณสมบัติไวไฟต่ำ ทำให้เหนือกว่าไฮโดรเจนเนื่องจากช่วยลดต้นทุนการจัดเก็บและการขนส่ง^{[ 37 ]}

เซลล์เชื้อเพลิงแอมโมเนีย โดยตรงได้รับการวิจัยด้วยเหตุผลนี้โดยเฉพาะ และการศึกษาใหม่ได้นำเสนอการสังเคราะห์แอมโมเนียและเซลล์เชื้อเพลิงแบบบูรณาการที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ฐานพลังงานแสงอาทิตย์มาจากพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินที่ใช้ในการสังเคราะห์แอมโมเนีย โดยทำโดยใช้เซลล์อิเล็กโทรไลต์แอมโมเนีย (AEC) ร่วมกับ เซลล์เชื้อเพลิง เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) เมื่อพลังงานแสงอาทิตย์ลดลง เซลล์เชื้อเพลิงแอมโมเนียโดยตรงจะเริ่มทำงานเพื่อชดเชยพลังงานที่ขาดหายไป งานวิจัยล่าสุด (2020) นี้เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วทำได้โดยการจัดเก็บและใช้แอมโมเนียเป็นเชื้อเพลิงชั่วคราว การจัดเก็บพลังงานในแอมโมเนียจะไม่เสื่อมสภาพไปตามเวลา ซึ่งเป็นกรณีของแบตเตอรี่และล้อหมุนสิ่งนี้ช่วยให้สามารถจัดเก็บพลังงานได้ในระยะยาว รูปแบบพลังงานขนาดกะทัดรัดนี้มีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมคือพลังงานส่วนเกินสามารถขนส่งไปยังสถานที่อื่นได้ง่าย^{[ 9 ]}จำเป็นต้องดำเนินการด้วยมาตรการความปลอดภัยสูงเนื่องจากแอมโมเนียเป็นพิษต่อมนุษย์ จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อเสริมระบบนี้ด้วยพลังงานลมและโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อสร้างระบบไฮบริดเพื่อจำกัดการหยุดชะงักในการจ่ายพลังงาน นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องตรวจสอบประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของระบบที่เสนอ นักวิทยาศาสตร์บางคนมองเห็นเศรษฐกิจแอมโมเนียรูปแบบใหม่ที่เกือบจะเหมือนกับอุตสาหกรรมน้ำมัน แต่มีข้อได้เปรียบมหาศาลคือพลังงานที่ปราศจากคาร์บอนซึ่งไม่มีวันหมด^{[ 38 ]}แอมโมเนียสีเขียวที่ว่านี้ถือเป็นเชื้อเพลิงที่มีศักยภาพสำหรับเรือขนาดใหญ่พิเศษ บริษัทต่อเรือ DSME ของเกาหลีใต้มีแผนที่จะนำเรือเหล่านี้ออกสู่ตลาดภายในปี 2025 ^{[ 39 ]}

อีกวิธีหนึ่งในการเก็บพลังงานคือการใช้ไฮดราซีนโมเลกุลนี้มีความเกี่ยวข้องกับแอมโมเนียและมีศักยภาพที่จะมีประโยชน์เท่าเทียมกับแอมโมเนีย สามารถสร้างได้จากแอมโมเนียและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หรือผ่านการออกซิเดชัน โดยใช้ คลอรีน^{[ 40 ]}ทำให้เป็นเชื้อเพลิงเก็บพลังงานที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ข้อเสียของไฮดราซีนคือเป็นพิษมากและจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนอย่างรุนแรง ทำให้เป็นเชื้อเพลิงที่เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีออกซิเจนต่ำ เช่น อวกาศดาวเทียม Iridium NEXT ที่เพิ่งปล่อยขึ้นไปเมื่อเร็วๆ นี้ ใช้ไฮดราซีนเป็นแหล่งพลังงาน^{[ 41 ]}แม้จะเป็นพิษ แต่เชื้อเพลิงนี้มีศักยภาพสูง เนื่องจากสามารถเพิ่มมาตรการความปลอดภัยได้เพียงพอที่จะขนส่งและแปลงไฮดราซีนกลับไปเป็นไฮโดรเจนและแอมโมเนียได้อย่างปลอดภัย นักวิจัยค้นพบวิธีสลายไฮดราซีนด้วยระบบโฟโตคะตาไลซิสที่ทำงานได้ในช่วงแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าแสงแดดไม่เพียงแต่สามารถใช้ในการผลิตไฮดราซีนเท่านั้น แต่ยังสามารถผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงนี้ได้อีกด้วย การสลายตัวของไฮดราซีนเกิดขึ้นโดยใช้ชั้นคู่ pn ที่ประกอบด้วยฟูลเลอรีน (C60 ₎หรือที่รู้จักกันในชื่อ "buckeyballs" ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ ชนิด n และซิงค์ฟทาโลไซยานีน (ZnPc) ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p ทำให้เกิดระบบเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงอินทรีย์ ระบบนี้ใช้การฉายแสงที่มองเห็นได้เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด n ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า รูที่เกิดขึ้นในสารกึ่งตัวนำชนิด p จะถูกบังคับให้ไปในทิศทางของส่วนที่เรียกว่าNafionของอุปกรณ์ ซึ่งจะออกซิไดซ์ไฮดราซีนให้กลายเป็นก๊าซไนโตรเจนและไอออนไฮโดรเจนที่ละลายอยู่ กระบวนการนี้เกิดขึ้นในช่องแรกของเซลล์เชื้อเพลิง ไอออนไฮโดรเจนจะเดินทางผ่านสะพานเกลือไปยังอีกช่องหนึ่งเพื่อถูกรีดิวซ์เป็นก๊าซไฮโดรเจนโดยอิเล็กตรอนที่ได้รับจากการปฏิสัมพันธ์กับแสงจากช่องแรก ดังนั้นจึงสร้างไฮโดรเจนซึ่งสามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงได้^{[ 42 ]}การศึกษาที่น่าสนใจนี้แสดงให้เห็นว่าไฮดราซีนเป็นเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีศักยภาพสูงที่จะเป็นประโยชน์อย่างมากใน การเปลี่ยนผ่าน ด้าน พลังงาน

แนวทางที่แตกต่างในการใช้ไฮดราซีนคือเซลล์เชื้อเพลิงโดยตรง แนวคิดสำหรับเซลล์เหล่านี้ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ^{[ 43 ] [ 44 ]}การศึกษาล่าสุดได้นำเสนอเซลล์เชื้อเพลิงไฮดราซีนโดยตรงที่ดีขึ้นมาก เช่น การใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นตัวออกซิไดซ์ การทำให้แอโนดเป็นเบสและแคโทดเป็นกรดช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานอย่างมาก โดยแสดงค่าสูงสุดประมาณ 1 W/cm² ^ที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จุดอ่อนหลักของเซลล์เชื้อเพลิงไฮดราซีนโดยตรงคือความเป็นพิษสูงของไฮดราซีนและอนุพันธ์ของมัน^{[ 37 ]}อย่างไรก็ตาม ไฮดราซีนไฮดรัส ซึ่งเป็นของเหลวคล้ายน้ำ ยังคงมีความหนาแน่นของไฮโดรเจนสูงและสามารถจัดเก็บและขนส่งได้อย่างปลอดภัยโดยใช้โครงสร้างพื้นฐานเชื้อเพลิงที่มีอยู่^{[ 45 ]}นักวิจัยยังมุ่งเป้าไปที่เซลล์เชื้อเพลิงที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองโดยใช้ไฮดราซีน เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้ไฮดราซีนในสองวิธี ได้แก่ เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงโดยตรงและเป็นเป้าหมายในการแยก หมายความว่าจำเป็นต้องใช้ไฮดราซีนเพื่อผลิตไฮโดรเจนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงนี้เท่านั้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานภายนอก ทำได้โดยใช้แผ่นนาโนโคบอลต์ซัลไฟด์ที่เจือด้วยเหล็ก การเจือด้วยเหล็กช่วยลดการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของการดูดซับไฮโดรเจนและการดี ไฮโดรจีเนชันของไฮดราซีน วิธีนี้มีความเสถียร 20 ชั่วโมงและ ประสิทธิภาพฟาราเดย์ 98% ซึ่งเทียบได้กับข้ออ้างที่ดีที่สุดที่รายงานเกี่ยวกับเซลล์ผลิตไฮโดรเจนแบบพึ่งพาตนเอง^{[ 46 ]}

• การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนร่วมกับเซลล์แสงอาทิตย์ โดย ใช้เครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้าแบบอัลคาไลน์ , PEMและSOEC ^{[ 47 ]}การใช้พลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์เพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการดักจับไฮโดรเจนด้วยการปฏิรูปไอน้ำเล็กน้อย เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนแบบอัลคาไลน์มีต้นทุนต่ำและถือว่ามีความพร้อมแล้ว ส่งผลให้ผลผลิตต่อหน่วยเวลาสูงกว่าเมื่อใช้เทคโนโลยี PEM อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี PEM ไม่มีปัญหาเรื่องการกัดกร่อนและมีประสิทธิภาพมากกว่า ในขณะที่เทคโนโลยีการผลิตแบบอัลคาไลน์มีข้อเสียคือการกัดกร่อนและประสิทธิภาพที่แย่กว่า^{[ 48 ]}นอกจากนี้ เทคโนโลยี PEM ยังเริ่มต้นใช้งานได้เร็วและบำรุงรักษาง่าย แม้ว่าในการผลิตจำนวนมาก เทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนแบบอัลคาไลน์จะเหนือกว่า^{[ 49 ]}
• Heliogen อ้างว่าประสบความสำเร็จในการใช้เฮลิโอสแตทพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อส่งแสงแดดไปยังหอคอย เพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงกว่า 1000°C ในการผลิตไฮโดรเจน^{[ 50 ]}อุณหภูมิที่สูงกว่า 2500°C สามารถแยกน้ำด้วยกระบวนการทางเคมีความร้อนเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนได้โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ความร้อนจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือโดยใช้สนามกระจกสะท้อนแสงอาทิตย์แบบปรับได้เพื่อเปลี่ยนทิศทางแสงแดดเพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงที่จำเป็นสำหรับกระบวนการทางเคมีความร้อนเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม วิธีการผลิตไฮโดรเจนแบบนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังไม่ได้รับการพิสูจน์ว่าการผลิตไฮโดรเจนด้วยวิธีนี้จะคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ เนื่องจากต้องแข่งขันกับเทคโนโลยีอื่นๆ ที่พัฒนาแล้ว^{[ 19 ] [ 51 ]}

• เชื้อเพลิงที่เป็นกลางทางคาร์บอน
• การแยกน้ำด้วยปฏิกิริยาโฟโตคะตาไลติก
• พลังงานหมุนเวียน
• เคมีพลังงานแสงอาทิตย์
• วัฏจักรพลังงานแสงอาทิตย์-ไฮโดรเจน