Järnoxidcykeln

Förenklat diagram över järnoxidcykeln

För kemiska reaktioner är järnoxidcykeln ( Fe ₃ O ₄ /FeO) den ursprungliga termokemiska cykeln i två steg som föreslås för användning för väteproduktion . Den är baserad på reduktionen och efterföljande oxidation av järnjoner , särskilt reduktionen och oxidationen mellan Fe ³⁺ och Fe ²⁺ . Ferriterna , eller järnoxiden, börjar i form av en spinell och beroende på reaktionsförhållandena bildar dopningsmetaller och stödmaterial antingen Wüstiter eller olika spineller.

Metodbeskrivning

Den termokemiska tvåstegs vattenklyvningsprocessen använder två redoxsteg . Stegen för solväteproduktion genom järnbaserad tvåstegscykel är:

{\begin{cases}{\ce {M^{II}Fe2^{III}O4 -> M^{II}O + 2Fe^{II}O + 1/2O2}}&{\ce {(Reduktion)}}\\{\ce {M^{II}O + 2Fe^{II}O + H2O -> M^{II}Fe2^{III}O4 + H2}}&{\ce {( Oxidation)}}\end{fall}}

Där M kan med valfritt antal metaller, ofta Fe själv, Co , Ni , Mn , Zn eller blandningar därav.

Det endotermiska reduktionssteget (1) utförs vid höga temperaturer högre än 1400 °C , även om " Hercynite -cykeln" är kapabel till temperaturer så låga som 1200 °C . Det oxidativa vattenklyvningssteget (2) sker vid en lägre ~ 1000 °C temperatur som producerar det ursprungliga ferritmaterialet förutom vätgas. Temperaturnivån realiseras genom att använda geotermisk värme från magma eller ett solkraftstorn och en uppsättning heliostater för att samla upp solvärmeenergin .

Hercynitcykel

Liksom den traditionella järnoxidcykeln är hercyniten baserad på oxidation och reduktion av järnatomer. Men till skillnad från den traditionella cykeln, reagerar ferritmaterialet med en andra metalloxid, aluminiumoxid , snarare än att bara sönderdelas. Reaktionerna sker via följande två reaktioner:

{\begin{cases}{\ce {M^{II}Fe2^{ III}O4 + 3Al2O3 -> M^{II}Al2^{III}O4 + 2Fe^{II}Al2^{III}O4 + 1/2O2}}&{\ce {(Reduktion)}}\\{\ ce {M^{II}Al2^{III}O4 + 2Fe^{II}Al2^{III}O4 + H2O -> M^{II}Fe2^{III}O4 + 3Al2O3 + H2}}&{\ce {(Oxidation)}}\end{fall}}

Reduktionssteget för hercynitreaktionen sker vid temperatur ~ 200 °C lägre än den traditionella vattenklyvningscykeln ( 1200 °C) . Detta leder till lägre strålningsförluster, som skalas som temperatur till fjärde potensen.

Fördelar och nackdelar

Fördelarna med ferritcyklerna är: de har lägre reduktionstemperaturer än andra 2-stegssystem, inga metalliska gaser produceras, hög specifik H ₂ produktionskapacitet, icke-toxicitet hos de använda elementen och överflöd av beståndsdelar.

Nackdelarna med ferritcyklerna är: liknande reduktion och smälttemperatur för spinellerna (förutom hercynitcykeln då aluminater har mycket höga smälttemperaturer) och långsamma reaktionshastigheter för oxidation eller vattenspjälkning .

Se även

externa länkar

Solväte från järnoxidbaserade termokemiska kretslopp