Revista Internacional de la Energía del Hidrógeno

Revista Internacional de la Energía del Hidrógeno

Volumen 26, Número 3 , marzo de 2001, páginas 185-190

Producción de hidrógeno termoquímica: pasado y presente

James E. Funk

[pic 1]

Resumen

Los procesos para la producción de hidrógeno discutidos en este documento son aquellos para los que el agua es el único material de entrada y de hidrógeno y oxígeno son las únicas salidas de materiales:

[pic 2]

Por otra parte, las entradas de energía requeridos están destinados a ser principalmente de calor (en lugar de un trabajo útil, como la electricidad). Como puede observarse, estos procesos pueden ser visualizados como un conjunto de reacciones químicas que resumen la descomposición del agua.[pic 3]

Un proyecto se llevó a cabo a principios de 1960, llamado el depósito de energía, que tenía como objetivo la producción de un combustible a partir de materiales indígenas - tierra, aire y agua. Posibilidades de combustible incluyen hidrógeno, amoníaco e hidrazina. La fuente de energía primaria se cree que es el calor de alta temperatura de un reactor nuclear portátil. En este concepto de agua debe ser dividido para obtener el hidrógeno requerido. La tecnología de referencia era la electrólisis del agua. El proceso de referencia, por lo tanto, era calor nuclear de electricidad al hidrógeno por electrólisis del agua. La eficiencia de la producción de energía eléctrica a partir de un reactor nuclear puede ser de aproximadamente 30%, la eficiencia del electrolizador de agua podría ser aproximadamente 80%, obteniéndose una eficiencia global, del calor de hidrógeno de 24%. Con una mejor tecnología, los números podrían ser 40% y 90% para un total de 36%. Los costes de capital y funcionamiento, de la tecnología de referencia estaban disponibles, aunque hubo, y todavía lo son, las preguntas sobre gran escala en marcha de electrolizadores de agua.

El objetivo de producción de hidrógeno termoquímica es bastante clara. Que es encontrar ciclos termoquímicos (procesos) que son mejores, en cierto sentido, que el calor en energía eléctrica a través de la electrólisis del agua de hidrógeno. Los resultados del proyecto Energía Depot se publicaron [1]  y  [2] y no fueron particularmente alentadores. Sin embargo, hubo una gran cantidad de interés y el entusiasmo generado en la primera H 2 encuentro, organizado por el Dr. Nejat Veziroglu y celebrado en Miami, llamada THEME, en 1972.

La razón para el continuo interés en hidrógeno como vector de energía es clara. El producto de las reacciones de calor y trabajo productoras de hidrógeno con oxígeno o aire es el agua, y esta agua se puede utilizar para producir hidrógeno por un número de procesos "watersplitting".

El proceso termoquímico más sencillo de agua dividida implica calentar a una temperatura alta y separar el hidrógeno a partir de la mezcla de equilibrio. Desafortunadamente, la descomposición del agua no procede así hasta que la temperatura es muy alta. La función de Gibbs (Δ G , o energía libre) no se convierta en cero hasta que la temperatura se aumenta a aproximadamente 4.700 K. Los problemas con los materiales y las separaciones a temperaturas tan altas hace descomposición directa no es factible en este momento.

Las propiedades termodinámicas STP de la reacción de descomposición del agua, que hacen que la descomposición directa tan difícil, se muestran a continuación en la Tabla 1. El requisito de trabajo teórico en un proceso electroquímico, tal como la electrólisis del agua, es igual al cambio en la función de Gibbs. El cambio de entropía es el negativo de la derivada de la temperatura del cambio de función de Gibbs, y es simplemente demasiado pequeño para hacer descomposición directa factible en este momento.

[pic 4]

El requisito de trabajo teórico en un proceso químico que comprende una serie de reacciones químicas es la suma de los cambios positivos función de Gibbs. La reducción de la función de Gibbs cambio es la misma que la mejora del equilibrio de reacción. Se ha demostrado que, en teoría, desde el principio que el requisito del trabajo para un proceso de múltiples reacción podría reducirse a cero a temperaturas de operación razonables. Se deben cumplir ciertas restricciones en las reacciones químicas. Por ejemplo, el STP cambia en la entalpía, la función de Gibbs, y la entropía deben sumar los de la descomposición del agua. Si una ventaja es que se encuentran, será en el funcionamiento de ciertas reacciones a altas temperaturas, donde Δ G es cero y los otros son a temperaturas más bajas.

La búsqueda de ciclos que podrían hacerse eficiente en todo el mundo se inició a finales de 1960. La medida de eficiencia se toma generalmente para ser el valor más alto del hidrógeno hecho, dividido por el calor necesario para hacerlo. Durante los 10 años siguientes a la primera publicación, alrededor de 20 publicaciones que tratan de ciclos termoquímicos aparecieron, incluidas las de Knoche [3] , Gregory [4] , Barnert [5] , Begh[6] , Booth [7] , Hardy-Grena [ 8] , Marchetti [9] , Michel [10] , Ramsey [11] , y Souriau [12]. Después de esto la actividad aumentó rápidamente. Fig. 1 muestra el número de publicaciones por año hasta 1999. El total es de aproximadamente 800. El mayor número de publicaciones anuales se produce entre 1974 y 1986, lo que indica el fuerte incremento en el interés comienzo a finales de 1960. La última revisión sobre el tema fue publicado en 1988, el tiempo en el que los principales fondos para este trabajo disminuyó en todo el mundo. Desde ese momento se han publicado cerca de ocho artículos por año.

[pic 5]

La mayor parte de las referencias aproximadamente ~ 800 resultantes de la búsqueda bibliográfica fueron referidos a algún aspecto de un ciclo particular o con el propio ciclo.Sin embargo, hay una serie de documentos que críticas que incluyen una lista de ciclos y de acuerdo con la teoría y los aspectos prácticos de los ciclos watersplitting, resultados de laboratorio, plantas piloto, y las consideraciones de eficiencia y costes presente.Incluidos entre estos son los informes, documentos y libros de Ohta (editor) [13] , Beghi[14] , Russell y Porter [15] , Williams [16] , Yalcin [17] , Noyes [18] , Bamberger [19] , Bockris [20] , pretzel [21] , y Funk [22] .

...