Revista Internacional de la Energía del Hidrógeno

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Producción de hidrógeno termoquímica (por S. Sato) está muy bien tratado en el capítulo 5 del libro de Ohta y se ocupa del desarrollo de métodos termoquímicos. Los primeros análisis de los procesos de cloruro de vanadio y tantalio son presentados y el proceso de Ispra Marcos 1 (1970) de Marchetti y De Beni [23] se discute. Consideraciones básicas y la termodinámica del proceso de descomposición del agua se explican en detalle junto con la temperatura y la eficiencia. Muchos ciclos termoquímicos se muestran, y emplean muchos elementos, incluyendo Fe, Cl, Ca, S, I, Li, Ba, Ni, Sb, Cd, etc. en muchos compuestos diferentes. La familia de Fe-Cl de ciclos, entre otros, fueron estudiados por Knoche en la RWTH de Aquisgrán. Se presenta información incluyendo la cloración, hidrólisis, descomposición térmica, la regeneración de Cl 2 o HCl, y reacciones de reducción en los ciclos de Fe-Cl. El saldo del capítulo se ocupa de la presentación y evaluación de los procesos termoquímicos. El libro de Ohta es muy buena en general, pero el Capítulo 5 en la producción de hidrógeno termoquímica es especialmente bueno y muy útil y debe ser estudiado por cualquier persona interesada en este campo.

Una mesa redonda internacional sobre la producción directa de hidrógeno con calor nuclear se celebró en Ispra, Italia, el 12 de diciembre de 1969. Un programa de producción de hidrógeno a partir de agua fue aprobado por el Consejo de Ministros de las Comunidades Europeas y se cubrió el período 1973-1983. Entre sus muchos trabajos votos, Beghi ha publicado un resumen [14] de la investigación llevada a cabo en el Centro Común de Investigación, Ispra, programa sobre el desarrollo del proceso termoquímico. Los primeros pasos en el programa involucrados en busca de reacciones adecuadas por medio de cálculos termodinámicos y la verificación de la factibilidad teórica. Los estudios experimentales de las reacciones químicas eran necesarias para verificar la viabilidad práctica y para evaluar la cinética. Medidas de las propiedades físicas y los datos termodinámicos eran necesarios para preparar hojas de flujo de proceso y el diseño del equipo. Un programa de ordenador, llamado OPTIMO, fue desarrollado para evaluar los procesos y para ayudar a orientar la investigación. Los ensayos de corrosión se hizo para las reacciones de críticos y sistemas de demostración, en los que se construyeron dos escalas de laboratorio y técnicos. Se hicieron cálculos económicos cuando sea posible, sobre todo en forma comparativa, para proporcionar orientación en la selección del ciclo y el desarrollo de hoja de flujo de proceso.

Un número de criterios, que se muestra en la Tabla 2 , se eligieron y se asigna diferentes pesos para la identificación de los ciclos viables y apropiados.

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Estos criterios pueden estar relacionados, y el peso soportado por cada uno se verá reflejado en el costo de producción de hidrógeno, que es el criterio final para la evaluación del proceso.

Una lista de todos los ciclos estudiados se da en la Tabla 3 .

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La primera fase del programa de investigación se centró en el ciclo de Marcos 1 de Marchetti y DeBeni, se muestra en la figura. 2 Los estudios del ciclo Marcos 1 mostraron que la descomposición termoquímica de agua es un concepto factible, pero no era adecuado para la aplicación a gran escala debido a la presencia de mercurio.

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La segunda fase del programa se ocupó de la familia del hierro-cloro de ciclos, que había sido propuesta a principios de 1970 y desarrollado por Knoche en Aachen, Alemania. Un ejemplo de estos ciclos es Mark 15, se muestra en la Fig. 3 . Se identificaron dos problemas críticos: la descomposición térmica de FeCl 3 y la hidrólisis de FeCl 2. Se hicieron muchos intentos para resolver estos problemas, pero no se encontró ninguna solución adecuada. Se concluyó que a pesar de que las reacciones de la familia de Fe-Cl de los ciclos eran químicamente y factible en la práctica, la economía no era competitivos.

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La tercera fase consistió en ciclos de la familia de azufre. La reacción principal es la descomposición del ácido sulfúrico, que es endotérmica y hecho a alta temperatura. Los productos de descomposición se muestran junto con tres posibles cierres en la Fig. 4 . Westinghouse persigue el desarrollo de cierre (1), que se denomina un proceso híbrido porque una de las reacciones, (2) es electroquímico. General Atomics (GA) persiguen el desarrollo de cierre (3). De cierre (2) es un híbrido y una completa escala de banco proceso continuo, construido y operado en Ispra (Marcos 13). En el esquema de Ispra, el cierre (1) es Marcos 11 y el cierre (3) es Marcos 16.

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Además del desarrollo del ciclo, el programa de Ispra incluye la investigación sobre la descomposición del ácido sulfúrico que dio lugar a un nuevo proceso (llamado CRISTINA), la investigación sobre los materiales, el diseño del equipo, y las evaluaciones técnico-económicas. El programa fue muy productiva; este trabajo apenas toca en lo que se hizo. Las conclusiones son importantes y se reproducen aquí en la Tabla 4 . Son dignas de consideración seria.

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GA ha hecho un gran esfuerzo de investigación y desarrollo en el proceso de Marcos 16.Por lo tanto, de hecho, que el ciclo que ahora se conoce como el "proceso de GA" [24] .Desde mediados de 1970 hasta mediados de la década de 1980 se llevó a cabo un programa de investigación muy activa en el proceso de GA. Aproximadamente, 8 millones de dólares se gastaron en varios proyectos. Un logro sobresaliente realizado por GA fue la determinación de las condiciones bajo las cuales los productos de la reacción de Bunsen de agua, yodo y forma dióxido de azufre dos fases, una rica en HI y la otra rica en H 2 SO 4 . Un sistema a escala de banco fue diseñado y construido y se utilizó para demostrar el funcionamiento de los componentes del ciclo y de prueba. Se trabajó en la interfaz y diagramas de flujo se han desarrollado para interactuar con el proceso de reactores nucleares, los reactores de fusión y un receptor central solar. Los cálculos de eficiencia y el costo se hicieron sobre la base de estos diagramas de flujo. La eficiencia global se estima en alrededor de 47%. Se realizaron estudios de costos para indicar qué partes del proceso tienen la mayor influencia en el coste de producción de hidrógeno.

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