Koppar-klor-cykeln
Koppar - klor- cykeln (Cu-Cl - cykeln) är en fyrstegs termokemisk cykel för framställning av väte. Cu-Cl-cykeln är en hybridprocess som använder både termokemiska och elektrolyssteg. Den har ett maxtemperaturkrav på cirka 530 grader Celsius.
Cu-Cl-cykeln involverar fyra kemiska reaktioner för vattendelning , vars nettoreaktion bryter ner vatten till väte och syre . Alla andra kemikalier återvinns. Cu-Cl-processen kan kopplas samman med kärnkraftverk eller andra värmekällor som sol- och industriell spillvärme för att potentiellt uppnå högre verkningsgrad, lägre miljöpåverkan och lägre kostnader för väteproduktion än någon annan konventionell teknik.
Cu-Cl-cykeln är en av de framstående termokemiska cyklerna under utveckling inom Generation IV International Forum (GIF). Genom GIF utvecklar över ett dussin länder runt om i världen nästa generation av kärnreaktorer för högeffektiv produktion av både el och väte.
Metodbeskrivning
De fyra reaktionerna i Cu–Cl-cykeln listas enligt följande:
- 2 Cu + 2 HCl ( g ) → 2 CuCl ( l ) + H 2 ( g ) (430–475 °C)
- 2 CuCl 2 + H 2 O( g ) → Cu 2 OCl 2 + 2 HCl( g ) (400 °C)
- 2 Cu 2 OCl 2 → 4 CuCl + O 2 ( g ) (500 °C)
- 2 CuCl → CuCl 2 ( aq ) + Cu (elektrolys vid omgivningstemperatur)
- Netto reaktion: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
- Legend: ( g )—gas; ( l )—vätska; ( aq )—vattenlösning; balansen mellan arterna är i fast fas.
Atomic Energy of Canada Limited har experimentellt demonstrerat en CuCl-elektrolysator i vilken väte produceras elektrolytiskt vid katoden och Cu(I) oxideras till Cu(II) vid anoden, varigenom ovanstående steg 1 och 4 kombineras för att eliminera mellanproduktionen och efterföljande transport av fast koppar.
Ungefär 50 % av värmen som krävs för att driva denna reaktion kan fångas upp från själva reaktionen. [ citat behövs ] Den andra värmen kan tillhandahållas genom vilken lämplig process som helst. Ny forskning har fokuserat på ett kraftvärmesystem som använder spillvärme från kärnreaktorer, närmare bestämt den superkritiska vattenreaktorn CANDU .
Fördelar och nackdelar
Fördelarna med koppar-klorcykeln inkluderar lägre driftstemperaturer , möjligheten att använda lågvärdig spillvärme för att förbättra energieffektiviteten och potentiellt lägre kostnader för material. I jämförelse med andra termokemiska cykler kräver Cu-Cl-processen relativt låga temperaturer på upp till 530 °C (990 °F).
En annan betydande fördel med denna cykel är en relativt låg spänning (därmed låg elektrisk energiförbrukning) som krävs för det elektrokemiska steget (0,6 till 1,0 V, kanske till och med 0,5 om lägre strömtäthet kan uppnås). Den totala effektiviteten för Cu–Cl-cykeln har uppskattats till drygt 43 %, exklusive de ytterligare potentiella vinsterna med att utnyttja spillvärme i cykeln.
Hantering av fasta ämnen mellan processer och korrosiva arbetsvätskor utgör unika utmaningar för utvecklingen av ingenjörsutrustning. Bland annat används för närvarande följande material: spraybeläggningar, nickellegeringar , glasfodrat stål , eldfasta material och andra avancerade material.