Kén-jód ciklus

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A kén-jód ciklus (S–I ciklus) egy háromlépéses, hidrogénképződéssel járó termokémiai ciklus.

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

A folyamat leírása[szerkesztés]

A kén-jód ciklus
H2O ½ O2
↓ ↑
I2 → Reakció 1 ← SO2+H2O ← Elválasztás
↑ ↓ ↑
2 HI + H2SO4 2 SO2 + 2 H2O + O2
↓ ↑
2 HI
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 desztillációval vagy folyadék–folyadék gravitációs elválasztással történik.
  2. 2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830 °C)
    • A vizet, a SO2-ot és a maradék kénsavat le lehet és kell választani az oxigén termék cseppfolyósításakor.
  3. 2 HI → I2 + H2 (450 °C)
    • A jód és a víz vagy SO2 maradvány szintén hűtés után kondenzál és leválasztható a maradék termékgáz 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 hidrogén-előállítás 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 kísérletsorozatban a kén-jód ciklus egy héliumhűtésű, nagyhőmérsékletű tesztreaktorhoz kapcsolódóan került alkalmazásra. A HTTR[2][3][4][5] kísérleti reaktor először 1998-ban lett beüzemelve (vált kritikus állapotúvá). A JAEA erre alapozva a jövőbeni negyedik generációs atomreaktorokkal gyártaná ipari méretben a hidrogént. (Japánban a folyamatot IS-ciklusnak nevezik.) Tervek készültek nagy méretű automatizált rendszerekben történő ipari hidrogén előállításra. A kutatások folynak több helyszínen, Amerikában és Európában.

Anyagtudományi kihívás[szerkesztés]

A kén-jód ciklus során a műveletek magas hőmérsékletű, korrozív vegyszerekkel történnek akár 1000 °C körüli hőmérsékleten. A szerkezeti anyagok kiválasztása során kulcsfontosságú szempont a korrózióállóság, ami a gazdaságos megvalósíthatóság kulcsa is. A szerkezeti anyagok a következő csoportokból jöhetnek szóba: különleges fémek, szuperötvözetek, kerámiák, polimerek és bevonatok.[6][7] Néhány anyag például, ami szóba jöhet: tantálötvözetek, nióbiumötvözetek, nemesfémek, különleges szilícium acélok,[8] néhány nikkel alapú szuperötvözet, szilícium-karbid, üveg, szilícium-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.

Jegyzetek[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. [2014. február 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. január 23.)
  3. ↑ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf Archiválva 2016. december 21-i dátummal a Wayback Machine-ben. 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. [2017. augusztus 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. október 10.)
  6. ↑ Paul Pickard, Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle 2005 DOE Hydrogen Program Review. [2009. január 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. október 10.)
  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. [2006. február 14-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. február 16.)
  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.. [2011. július 24-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. február 19.)

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. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Kén-jód_ciklus&oldid=26671337”