วิธีการโดยตรง ที่ HZB Institute for Solar Fuels หลายทีมกำลังทำงานเกี่ยวกับแนวทางโดยตรงในการแยกน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์: พวกเขากำลังพัฒนาโฟโตอิเล็กโทรดที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า มีความเสถียรในสารละลายที่เป็นน้ำ และส่งเสริมการแยกน้ำโดยเร่งปฏิกิริยา โฟโตอิเล็กโทรดเหล่านี้ประกอบด้วยตัวดูดซับแสงที่เชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดกับวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสร้างส่วนประกอบที่แอคทีฟของเซลล์โฟโตอิเล็กโทรเคมี (PEC) เซลล์ PEC ที่ดีที่สุดซึ่งใช้ตัวดูดซับออกไซด์ของโลหะที่มีต้นทุนต่ำและมีความเสถียรนั้นมีประสิทธิภาพเกือบถึง 10% แล้ว แม้ว่าเซลล์ PEC จะยังมีประสิทธิภาพน้อยกว่าอิเล็กโทรไลต์ที่ขับเคลื่อนด้วย PV แต่เซลล์เหล่านี้ก็มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เช่น ในเซลล์ PEC สามารถใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นได้ และเนื่องจากความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าลดลงสิบถึงร้อยเท่าด้วยวิธีนี้ ยังไม่มีการแข่งขัน จนถึงขณะนี้ การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เทคโนโลยี (TEA) และการประเมินพลังงานสุทธิ (NEA) ได้แสดงให้เห็นว่าแนวทางของ PEC ยังไม่สามารถแข่งขันได้สำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ ปัจจุบัน ไฮโดรเจนจากระบบ PEC มีราคาประมาณ 10 เหรียญสหรัฐฯ/กก. ซึ่งมากกว่าไฮโดรเจนจากกระบวนการไอน้ำมีเทนจากซากดึกดำบรรพ์ (1.5 เหรียญสหรัฐฯ/กก.) ประมาณ 6 เท่า นอกจากนี้ ความต้องการพลังงานสะสมสำหรับการแยกน้ำ PEC คาดว่าจะสูงกว่าการผลิตไฮโดรเจนด้วยกังหันลมและอิเล็กโทรไลเซอร์ถึง 4-20 เท่า แนวคิด: การร่วมผลิตสารเคมีที่มีคุณค่า พลังงาน "นี่คือจุดที่เราต้องการนำเสนอแนวทางใหม่" ดร. Fatwa Abdi จาก HZB Institute for Solar Fuels กล่าว ภายในกรอบของความร่วมมือเครือข่ายความเป็นเลิศ UniSysCat ระหว่าง Prof Reinhard Schomäcker และ Prof Roel van de Krol กลุ่มของ Abdi ได้ตรวจสอบว่าความสมดุลเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อไฮโดรเจนบางส่วนที่ผลิตขึ้นทำปฏิกิริยาเพิ่มเติมกับกรด itaconic (IA) ในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกัน (ในแหล่งกำเนิด)เพื่อ สร้างกรดเมทิลซัคซินิก (MSA) เวลาคืนทุนพลังงาน ขั้นแรก พวกเขาคำนวณว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการผลิตเซลล์ PEC จากตัวดูดซับแสง วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา และวัสดุอื่นๆ เช่น แก้ว และต้องใช้เวลานานเท่าใดในการผลิตพลังงานนี้ในรูปของพลังงานเคมีในรูปของไฮโดรเจนหรือ MSA สำหรับไฮโดรเจนเพียงอย่างเดียว "เวลาคืนทุน" นี้อยู่ที่ประมาณ 17 ปีโดยสมมติว่าประสิทธิภาพจากแสงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนอยู่ที่ 5% หากใช้ไฮโดรเจนเพียง 2% ที่ผลิตขึ้นเพื่อเปลี่ยน IA เป็น MSA ระยะเวลาคืนทุนของพลังงานจะลดลงครึ่งหนึ่ง และถ้า 30% ของไฮโดรเจนถูกเปลี่ยนเป็น MSA พลังงานจากการผลิตสามารถกลับคืนมาได้ภายในเวลาเพียง 2 ปี "สิ่งนี้ทำให้กระบวนการมีความยั่งยืนและสามารถแข่งขันได้มากขึ้น" Abdi กล่าว เหตุผลประการหนึ่ง: พลังงานที่จำเป็นในการสังเคราะห์ MSA ในเซลล์ PEC นั้นเป็นเพียงหนึ่งในเจ็ดของความต้องการพลังงานของกระบวนการผลิต MSA ทั่วไป ระบบที่ยืดหยุ่น "ระบบนี้มีความยืดหยุ่นและยังสามารถผลิตสารเคมีที่มีค่าอื่นๆ ที่จำเป็นในไซต์งานในปัจจุบัน" Abdi อธิบาย ข้อได้เปรียบคือองค์ประกอบคงที่ของหน่วย PEC ซึ่งคิดเป็นต้นทุนการลงทุนส่วนใหญ่ยังคงเหมือนเดิม ต้องเปลี่ยนเฉพาะตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชันและวัตถุดิบตั้งต้นเท่านั้น "วิธีนี้ช่วยลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวได้อย่างมาก และเพิ่มความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของเทคโนโลยี PEC" Abdi กล่าว "เราได้คิดอย่างรอบคอบตลอดกระบวนการ และขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบในห้องปฏิบัติการว่าการผลิตไฮโดรเจนและ MSA พร้อมกันทำงานได้ดีเพียงใดในทางปฏิบัติ"