Réz-klór ciklus
A réz-klór körfolyamat egy négylépéses hidrogéntermelő termokémiai körfolyamat. A körfolyamatban termokémiai és elektrolízises lépésekben történik a víz felbontása alkotóelemeire. A folyamat fenntartásához szükséges hőmérséklet 530 °C körüli.[1]
A réz-klór ciklus négy reakción keresztül vezet a vízbontáshoz, a nettó folyamat valójában a víz alkotóira történő felbontása melléktermékek nélkül, mert ezek a köztitermékek a körfolyamatban visszajárathatóak. A réz-klór körfolyamat kapcsolható nukleáris és egyéb hőforrásokhoz. Ennek jelentősége a különféle folyamatok hulladékhőjének hasznosításakor mutatkozik meg alacsony környezeti hatása és alacsony fajlagos hidrogénelőállítási költségével – mint előnnyel – a többi hagyományos eljárással szemben.
A réz-klór körfolyamat vezető szerepet tölt be a fejlesztés alatt álló negyedik generációs atomreaktorokhoz kapcsolódó termokémiai folyamatok közt. Ezekkel a reaktorokkal magas hatásfokkal termelhető hidrogén és elektromos áram egyszerre.
Folyamatleírás
[szerkesztés]| A réz-klór ciklus | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A következő négy reakció képezi a réz-klór körfolyamatot:[2][3]
- 2 Cu + 2 HCl(g) → 2 CuCl(f) + H2(g) (430–475 °C)
- 2 CuCl2 + H2O(g) → Cu2OCl2 + 2 HCl(g) (400 °C)
- Cu2OCl2 → 2 CuCl + ½ O2(g) (500 °C)
- 4 CuCl → 2 CuCl2(aq) + 2 Cu (környezeti hőmérsékleten történő elektrolízis)
- Nettó reakció: H2O → H2 + ½ O2
Jelölés: (g)—gáz; (f)—folyadék; (aq)—vizes oldat.
Az Atomic Energy of Canada Limited társaság kísérletileg demonstrálta, hogy az elektrolízis és a hidrogénfejlődés lépése összevonható. Ekkor a katódfolyamatban fejlődik a hidrogén, az anódon pedig a Cu(I) ion Cu(II) ionná oxidálódik, a köztitermék (fém réz) kihagyásával.[4]
Hozzávetőlegesen a folyamathoz szükséges hő fele a folyamat exoterm részéből elvonható, a további hő pedig tetszőleges elérhető hőforrásból biztosítható. Főbb kutatási irány a nukleáris reaktorok hulladékhőjének hasznosítására felhasználni a réz-klór ciklust, különösen a CANDU szuper kritikus vizes reaktorhoz kapcsolódóan.
Előnyök és hátrányok
[szerkesztés]Előnye a réz-klór ciklusnak az alacsonynak mondható működési hőmérséklet, a képesség az alacsony minőségű hulladékhő hasznosítására, ami energiahatékonyság-növelő, valamint potenciálisan olcsóbb szerkezeti anyagokból valósíthatók meg a körfolyamat készülékei.
Összehasonlítva más termokémiai ciklusokkal is alacsonynak mondható a működési hőmérséklet, amely 530 °C (990 °F).
További előnyként mondható az elektrolízis lépésének alacsony feszültségűsége (0,6–1,0 V közt, de esetleg akár 0,5 V is, ha alacsonyabb az áramsűrűség),[5] A Cu–Cl ciklus bruttó hatásfoka várhatóan jobb mint 43%,[6] nem beleszámítva a hulladékhő hasznosítási képességből fakadó előnyt, amikor „ingyenes” hulladékhőt hasznosítunk a ciklusban.
Hátrányként hozható fel, hogy a munkaközegek és a reakciótermékek korrozívak, ami további mérnöki fejlesztést igényel a felhasznált készülékek és szerkezeti anyagok terén. A szóba jöhető szerkezeti anyagcsoportok: szórt bevonatok, nikkelötvözetek, üveggel bevont acélkészülékek, különleges új anyagok.[7]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ Solar power for thermochemical production of hydrogen (angol nyelven). patentsencyclopedia.com. [2016. március 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. november 9.)
- ↑ Rosen, M.A., Naterer, G.F., Sadhankar, R., Suppiah, S. (2006. október 19–20.). „Nuclear-Based Hydrogen Production with a Thermochemical Copper-Chlorine Cycle and Supercritical Water Reactor” (PDF). Canadian Hydrogen Association Workshop, Québec. [2011. július 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. Hozzáférés: 2017. november 9.
- ↑ Lewis, M. and Masin, J. (2005. november 2.). „An Assessment of the Efficiency of the Hybrid Copper-Chloride Thermochemical Cycle” (PDF), Kiadó: Argonne National Laboratory, University of Chicago. (Hozzáférés: 2017. november 9.)
- ↑ Naterer, G. F. (2009). „Recent Canadian Advances in Nuclear-Based Hydrogen Production and the Thermochemical Cu-Cl Cycle”. International Journal of Hydrogen Energy 34 (7), 2901–2917. o. DOI:10.1016/j.ijhydene.2009.01.090.
- ↑ Dokiya, M. (1976). „Hybrid Cycle with Electrolysis Using Cu-Cl System” (angol nyelven). International Journal of Hydrogen Energy 1 (2), 117–121. o. [2011. július 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/0360-3199(76)90064-1. (Hozzáférés: 2017. november 9.)
- ↑ Chukwu, C., Naterer, G. F., Rosen, M. A. (2008. június 1-4.). „Process Simulation of Nuclear-Produced Hydrogen with a Cu-Cl Cycle” (PDF). 29th Conference of the Canadian Nuclear Society. [2012. február 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. Hozzáférés: 2017. november 9.
- ↑ Hydrogen Website of UOIT (University of Ontario Institute of Technology) (angol nyelven), 2011. [2011. május 22-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. november 9.)
Fordítás
[szerkesztés]- Ez a szócikk részben vagy egészben a Copper–chlorine cycle című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
