Cicle sofre-iode
El cicle sofre-iode (cicle S-I) és un cicle termoquímic de tres etapes utilitzat per produir hidrogen.[1]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Sulfur-Iodine_Process.pdf/page1-191px-Sulfur-Iodine_Process.pdf.jpg)
El cicle S–I consta de tres reaccions químiques el reactiu net de les quals és aigua i els productes nets de les quals són l'hidrogen i l'oxigen. Tots els altres productes químics es reciclen. El procés S–I requereix una font eficient de calor.[2]
Descripció del procés
[modifica]Les tres reaccions combinades per produir hidrogen són les següents:
2H2SO4 + calor → 2SO2 + 2H2O + O2 (830 °C (1,530 °F))
H2O | ½ O 2 | |||||
↓ | ↑ | |||||
I2 | → | Reacció 1 | ← | SO2 + H2O | ← | Separat |
↑ | ↓ | ↑ | ||||
2 HI | ← | Separat | → | H2SO4 | → | Reacció 2 |
↓ | ||||||
H2 |
- A continuació, l'HI es separa per destil·lació o separació gravitica líquid/líquid.
- I2 + SO2 + 2H2O - calor → 2HI + H2SO4 (120 °C (250 °F)) (reacció de Bunsen)
L'aigua, el SO2 i l'H2SO4 residual s'han de separar del subproducte d'oxigen per condensació.
2HI + calor → I2 + H2 (450 °C (840 °F))
- El iode i qualsevol aigua que l'acompanyi o SO2 es separen per condensació, i el producte d'hidrogen roman com a gas.
Reacció neta: 2H2O → 2H2 + O2
Els compostos de sofre i iode són recuperats i reutilitzats, d'aquí la consideració del procés com un cicle. Aquest procés S–I és un motor tèrmic químic. La calor entra al cicle en les reaccions químiques endotèrmiques d'alta temperatura 2 i 3, i la calor surt del cicle en la reacció exotèrmica a baixa temperatura 1. La diferència entre la calor que entra i la que surt del cicle surt del cicle en forma de calor de combustió de l'hidrogen produït.[3]
Característiques
[modifica]Avantatges
[modifica]- Tot procés de fluids (líquids, gasos), per tant, molt adequat per a la producció contínua
- Alta eficiència tèrmica prevista (al voltant del 50%)
- Sistema totalment tancat sense subproductes ni efluents (a més d'hidrogen i oxigen)
- Apte per a l'aplicació amb fonts de calor solar, nuclear i híbrida (per exemple, solar fòssil) - si es poden aconseguir temperatures prou altes
- Més desenvolupats que els processos termoquímics competidors
- Escalable des d'una escala relativament petita fins a grans aplicacions
- No calen catalitzadors o additius cars o tòxics
- Més eficient que l'electròlisi de l'aigua (~70-80% d'eficiència) utilitzant electricitat derivada d'una central tèrmica (~30-60% d'eficiència) combinant-se amb ~21-48% d'eficiència
- Calor residual apta per a la calefacció urbana si es desitja cogeneració
Desavantatges
[modifica]- Es requereixen temperatures molt elevades (almenys 850 °C (1,560 °F) ) – impossible o difícil d'aconseguir amb reactors d'aigua a pressió actuals o energia solar concentrada
- Reactius corrosius utilitzats com a intermediaris (iode, diòxid de sofre, àcid hidròdic, àcid sulfúric); per tant, els materials avançats necessaris per a la construcció d'aparells de procés
- Es requereix un desenvolupament posterior significatiu per ser factible a gran escala
- A l'interval de temperatura proposat, les centrals tèrmiques avançades poden aconseguir eficiències (producció elèctrica per entrada de calor) superiors al 50%, negant una mica l'avantatge d'eficiència.
- En cas de fuites, s'alliberen substàncies corrosives i una mica tòxiques al medi ambient, entre elles iode volàtil i àcid iòdic.
- Si s'ha d'utilitzar l'hidrogen per a la calor del procés, les altes temperatures necessàries fan que els beneficis en comparació amb la utilització directa de la calor siguin qüestionables
- No es poden utilitzar fonts d'energia tèrmica no tèrmiques o de baix grau, com ara l'energia hidràulica, l'energia eòlica o l'energia geotèrmica més disponible actualment.[4]
Referències
[modifica]- ↑ Corgnale, Claudio; Gorensek, Maximilian B.; Summers, William A. «Review of Sulfuric Acid Decomposition Processes for Sulfur-Based Thermochemical Hydrogen Production Cycles» (en anglès). Processes, 8, 11, 2020-11, pàg. 1383. DOI: 10.3390/pr8111383. ISSN: 2227-9717.
- ↑ «Sulfur-Iodine Cycle» (en anglès). [Consulta: 8 abril 2024].
- ↑ Wang, Qi; Macián‐Juan, Rafael «Design and analysis of an iodine‐sulfur thermochemical cycle‐based hydrogen production system with an internal heat exchange network» (en anglès). International Journal of Energy Research, 46, 9, 2022-07, pàg. 11849–11866. DOI: 10.1002/er.7951. ISSN: 0363-907X.
- ↑ «Sulfur-iodine_cycle» (en anglès). [Consulta: 8 abril 2024].