Bumi yang kita pijaki ini menerima setidaknya 100.000 TW energi dari matahari, sekitar 7000 kal lebih besar dari laju konsumsi energi dunia saat ini (15TW). Energi matahari telah dimanfaatkan dalam beberapa cara seperti yang kita ketahui, seperti turbin angin, fotosintesis (biomassa), dan sel fotovoltaik. Tapi pada akhirnya, menggunakan energi matahari dalam menghasilkan hidrogen dari air akan memberikan peluang besar untuk mengurangi ketergantungan manusia terhadap bahan bakar fosil dan membantu menekan perubahan iklim global. Teknologi yang sedang dikembangkan tersebut adalah peroduksi H2 solar bersuhu tinggi dan produksi elektrokimia H2 solar.

Baca juga : mengenal pentingnya hidrogen

 1. Produksi H2 solar bersuhu tinggi

Daerah yang disebut ‘sunbelt’, yang meliputi Australia, Eropa Selatan, gurun Sahara, serta negara bagian barat daya Amerika Serikat menerima sekitar 1 kW m-2 tenaga surya. Daerah ini merupakan lokasi yang cocok untuk memproduksi hidrogen solar suhu tinggi yang menggunakan sistem pemekatan matahari. Sistem ini akan memantulkan dan memfokuskan radiasi matahari ke dalam tungku penerima, yang akan menghasilkan suhu diatas 1500 derajat celcius. Panas yang besar tersebut  seperti yang tersedia dalam mantel yang mengelilingi reaktor nuklir. Panas ini dapat digunakan untuk menggerakan turbin untuk menghasilkan listrik. Kegunaan lain yang menarik dari panas ini juga memungkinkan untuk membagi air menjadi H2 dan O2, sehingga menghasilkan bahan bakar.

Secara langsung, termolisis air membutuhkan suhu mencapai lebih dari 4000 derajat celcius. Suhu tersebut jauh di atas ambang batas yang dapat dicapai konsentrator surya atau kompatibel dengan bahan dan teknik penahanan. Namun, dengan menggunakan proses multi-langkah akan memungkinkannya produksi hidrogen pada suhu yang jauh lebih rendah. Saat ini, banyak sistem yang sedang diselidiki dan dikembangkan oleh para ilmuwan. Akan tetapi, yang paling sederhana adalah proses dua tahap yang melibatkan oksida logam, seperti urutannya

Fe3O4 (s) ⇒ 3FeO (s) + 1/2O2 (g)

H2O (l) + 3FeO (s) ⇒ Fe3O4 (s) + H2 (g)

walaupun produksi H2 dengan cara ini masih membutuhkan temperatur diatas 2200 derajat celcius. Sistem oksida serium yang dapat melangsungkan siklus termolisis pada suhu dibawah 2200 sedang  dalam pengembangan. Pemisahan air pada temperatur lebih rendah telah dicapai dengan proses hybrid dengan mengkombinasikan reaksi termokimia dan elektrokimia, seperti :

2 Cu(s) + 2 HCl(g) ⇒ H2(g) + 2 CuCl(s)      (pada 425 derajat celcius)

4 CuCl(s) ⇒ 2 Cu(s) + 2 CuCl2(s)                 (elektrokimia)

2 CuCl2(s) ⇒ 2 CuCl(s) + ½ O2 (g)              (pada 325 derajat celcius)

Cu2Ocl2(s) ⇒ 2 CuCl(s) + ½ O2(g)              (pada 550 derajat celcius)

 

2. Solar Fotoelektrokimia H2

Produksi Solar Fotoelektrokimia H2 (fotosintesis buatan) menggabungkan dan mengadopsi prinsip yang hampir mirip dengan sel fotovoltaik dan fotosintesis alami tanaman. Agar dapat memecah air secara elektrokimia, kita membutuhkan potensi sel yang lebih besar dari 1,23 V. Potensi sel ini dapat disediakan oleh cahaya dengan panjang gelombang dibawah 1000 nm. Bagian penting dari pemisahan air secara fotoelektrokimia adalah :

1. Mekanisme untuk menghasilkan keadaan elektronik tereksitasi melalui penangkapan proton
2. Transfer elektron yang efisien antara situs eksitasi dan situs katalitik
3. Situs katalitik untuk setengah reaksi produksi H2
4. Situs katalitik untuk setengah reaksi produksi O2

Fotoeksitasi biasanya terjadi pada semikonduktor. Situs katalitik untuk proses produksi H2 dan O2 haruslah aktif dan bersaing  dengan laju dimana keadaan yang diekskresikan foto menjadi rileks ke keadaan dasar. Tantangan yang utama dalam pemisahan air secara fotoelektrokimia adalah untuk mencapai produksi O2 yang cepat dan efisien, serta ada upaya keras untuk menemukan zat yang meniru kalatis Mn yang digunakan dalam fotosintesis tanaman.