Kén-jód ciklus

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search

A kén-jód ciklus (S–I ciklus) egy háromlépéses termokémiai ciklus, ami hidrogén előállító eljárás.

A kén-jód ciklus három kémiai reakcióból áll, a folyamat nettó reakciója a víz felbontása alkotó elemaire: oxigénre és hidrogénre. A többi reakciótermék a cikluson belül visszajáratott, melléktermék nincs.A kén-jód ciklushoz hatékony hőforrásra van szükség.


A folyamat leírása[szerkesztés]

H2O ½O2
I2 Reakció 1 SO2+H2O Elválasztás
2HI

Reakció 3

Elválasztás H2SO4 Reakció 2
H2

A három reakció során a hidrogén termelési folyamata:

  1. I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 (120 °C); Bunsen - reakció
    • A HI elválasztása desztilációval vagy folyadék - folyadék gravitációs elválasztással történik.
  2. 2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830 °C)
    • A vízet, a SO2--ot és a maradék kénsavat le lehet és kell választani az oxigén termék csepfolyósításakor.
  3. 2 HI → I2 + H2 (450 °C)
    • A jód és a víz vagy SO2 maradvány szintén hűtés után kondenzál és leválasztható a maradék tegmékgáz hidrogén gáz halmazállapotban.
Nettó reakcióegyenlet: 2 H2O → 2 H2 + O2

A kén-jód ciklusban ezek az elemek visszanyerhetőek és újrahasználhatóak az eljárásban, ezért ez a folyamat körfolyamatnak is tekinthető. A kén-jód ciklus egy kémiai hőerőgép. Hőenergiát fektetünk be a nagynyomású endoterm (2) és (3) reakciók vezetése során, majd a hő kilép a ciklusból az alacsony hőmérsékletű exoterm (1) reakcióból a hűtéssel. A hőenergia minőségromlásából fakadó entrópianövekedés adja a hidrogénelőállítás hajtóerejét.

Előnyök és hátrányok[szerkesztés]

A kén-jód körfolyamat jellemzői a következőkben részletezve:

  • A reaktánsok folyadékok, amik jól kezelhetőek a folyamatos üzemben;
  • Magas energiakihasználtság (50% körüli hatásfok), bár magas hőmérsékletigény (850 °C körül);
  • Zárt rendszerben megvalósítható melléktermék és oldószer nélkül;
  • Korrozív köztitermékek (jód, kén-dioxid, kénsav, hidrogén-jodid) melyek kezeléséhez magas minőségű szerkezeti anyagokból készült készülékek alkalmasak.
  • Felhasználható nap, nukleáris és hibrid (például nap - fosszilis) hőforrással dolgozó alkalmazásokban.
  • A leginkább kutatott-fejlesztett termokémiai vízbontó eljárás, bár további fejlesztésre van szükség ipari méretű alkalmazásban.

Kutatás[szerkesztés]

A kén-jód ciklus kifejlesztése a General Atomics vállalat keretein belül történt 1970-ben.[1] A Japán Atomenergia Ügynökség (JAEA) által vezetett sikeres kísérletsorozatbana a kén-jód ciklus alkalmazásával egy hélium hűtésű nagyhőmérsékletű tesztreaktorhoz kapcsolódóan került alkalmazásra.HTTR,[2][3][4][5] a kísérleti reaktor elősször 1998-ban lett beüzemelve (vált kritikus álapotúvá). JAEA erre alapozva a jövőbeni negyedik generációs atomreaktorokkal gyártaná ipari méretben a hidrogént. (Japán irodalomban IS ciklusként hivatkozott.) Tervek készültek nagy méretű automatizált rendszerekben történő ipari hidrogén előállításra. A kutatások folynak több helyszinen, amerikában és európában.

Anyagtudományi kihívás[szerkesztés]

A kén-jód ciklus során a műveletek nagyhőmérsékletű korrozív vegyszerekkel történik akár 1 000 °C (1 830 °F) körüli hőmérsékleten. A szerkezeti anyagok kiválasztása során kulcsfontosságú szempont a korrózióállóság, ami a gazdaságos megvalósíthatóság kulcsa is. A szerkezeti anyagok a követkző csoportokból jöhetnek szóba: különleges fémek, szuperötvözetek, kerámiák, polimerek és bevonatok.[6][7]Néhány anyag például ami szóba jöhet: tantál ötvözetek, nióbium ötvözetek, nemesfémek, különleges szilicium acélok,[8] néhány nikkel alapú szuperötvözet, szilicium karbid, üveg, szilicium nitrid, és egyebek. Kutatott téma a prototípus méretben hasznát tantál felületi technológia méretnövelése nagyipari megvalósításhoz.[9]

Hidrogén alapú gazdaság[szerkesztés]

A kén-jód ciklus egy lehetséges út a hidrogén alapú gazdaság ellátására.Ehhez nincs szükség szénhidrogénekre mint a gőzzel történő reformálásnál, csak hő szükséges, ami származhat égésből, nukleáris forrásból, vagy napenergiából.

Jegyzet[szerkesztés]

  1. Besenbruch, G. 1982. General Atomic sulfur iodine thermochemical water-splitting process. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Pet. Chem., 27(1):48-53.
  2. HTTR High Temperature engineering Test Reactor. Httr.jaea.go.jp. (Hozzáférés: 2014. január 23.)
  3. https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf. Progress in Nuclear Energy Nuclear heat for hydrogen production: Coupling a very high/high temperature reactor to a hydrogen production plant. 2009
  4. Status report 101 - Gas Turbine High Temperature Reactor (GTHTR300C)
  5. JAEA’S VHTR FOR HYDROGEN AND ELECTRICITY COGENERATION : GTHTR300C
  6. Paul Pickard, Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle 2005 DOE Hydrogen Program Review
  7. (2007) „Construction materials development in sulfur–iodine thermochemical water-splitting process for hydrogen production”. International Journal of Hydrogen Energy 32 (4), 497–504. o. DOI:10.1016/j.ijhydene.2006.06.058.  
  8. Saramet info sheet
  9. T. Drake, B. E. Russ, L. Brown, G. Besenbruch, "Tantalum Applications For Use In Scale Sulfur-Iodine Experiments", AIChE 2007 Fall Annual Meeting, 566a.

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Sulfur–iodine cycle című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

További információk[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]