ciclo cobre-cloro - Copper–chlorine cycle

diagrama simplificado do ciclo de cobre-Cloro

O cobre - cloro ciclo (ciclo de Cu-Cl) é uma de quatro etapas do ciclo termoquímico para a produção de hidrogénio. O ciclo de Cu-Cl é um processo híbrido que utiliza ambos os termoquímicos passos e de electrólise. Ele tem um requisito de temperatura máxima de cerca de 530 graus Celsius.

O ciclo de Cu-Cl envolve quatro reacções químicas para a separação da água , cuja reacção líquido decompõe a água em hidrogénio e oxigénio . Todos os outros produtos químicos são reciclados. O processo de Cu-Cl pode ser ligada com centrais nucleares ou outras fontes de calor, tais como a energia solar e indústria de calor residual para potencialmente obter eficiências mais elevadas, menor impacto ambiental e custos de produção mais baixos de hidrogénio do que qualquer outra tecnologia convencional.

O ciclo de Cu-Cl é um dos ciclos termoquímicos proeminentes em desenvolvimento dentro da IV International Forum Geração (GIF). Através GIF, mais de uma dezena de países em todo o mundo estão desenvolvendo a próxima geração de reatores nucleares para a produção altamente eficiente de eletricidade e hidrogênio.

Descrição do processo

As quatro reacções do ciclo de Cu-Cl estão listados como se segue:

  1. 2 de Cu + 2 de HCl ( g ) → 2 CuCl ( l ) + H 2 ( g ) (430-475 ° C)
  2. 2 CuCl 2 + H 2 O ( g ) → Cu 2 OCl 2 + 2 HCl ( g ) (400 ° C)
  3. 2 Cu 2 OCl 2 → 4 CuCl + O 2 ( g ) (500 ° C)
  4. 2 CuCl → CuCl 2 ( aq ) + Cu (electrólise ambiente-temperatura)
Reacção Líquido: 2 H 2 O → 2H 2 + O 2

Legenda: ( g ) gasoso; ( L ) -liquid; ( Aq ) solução -aqueous; o equilíbrio das espécies se encontrarem numa fase sólida. Atomic Energy of Canada Limited tem demonstrado experimentalmente um electrolisador de CuCl em que o hidrogénio é produzido electroliticamente no cátodo e Cu (I) é oxidado a Cu (II) no ânodo, combinando assim acima passos 1 e 4 para eliminar o intermediário de produção e subsequente transporte de cobre sólido.

Cerca de 50% do calor necessário para conduzir esta reacção pode ser capturado a partir da própria reacção. A outra fonte de calor pode ser proporcionada por qualquer processo adequado. Uma pesquisa recente tem se concentrado em um esquema de co-geração utilizando o calor residual dos reactores nucleares, especificamente o CANDU scwr .

Vantagens e desvantagens

Vantagens do ciclo de cobre-cloro incluem menores temperaturas de funcionamento , a capacidade de usar o calor residual de baixo grau para melhorar a eficiência de energia e, potencialmente, mais baixos custos materiais. Em comparação com outros ciclos termoquímicos, o processo de Cu-Cl requer relativamente baixas temperaturas de até 530 ° C (990 ° F).

Outro mérito significativa deste ciclo é uma tensão relativamente baixa (baixa assim o gasto de energia eléctrica) que é necessário para o passo electroquímico (0,6 a 1,0 V, talvez até 0,5, se a densidade de corrente inferior pode ser alcançada). A eficiência global do ciclo de Cu-Cl foi estimada como sendo apenas mais de 43%, excluindo os ganhos potenciais adicionais de utilização do calor residual no ciclo.

Manuseio de sólidos entre processos e fluidos de trabalho corrosivos representam desafios exclusivos para o desenvolvimento de equipamentos de engenharia. Entre outros, os seguintes materiais estão a ser utilizados actualmente revestimentos de pulverização , ligas de níquel , aço revestido a vidro , materiais refractários , e outros materiais avançados.

Veja também

Referências