Цикл оксида железа

Для химических реакций цикл оксида железа (Fe ₃ O ₄ /FeO) представляет собой оригинальный двухстадийный термохимический цикл, предложенный для использования при производстве водорода . ^[1]Он основан на восстановлении и последующем окислении ионов железа , в частности на восстановлении и окислении между Fe ³⁺ и Fe ²⁺. Ферриты вюститы , или оксид железа, имеют форму шпинели и в зависимости от условий реакции, легирующих металлов и материала носителя образуют либо , либо различные шпинели.

Описание процесса

Термохимический двухэтапный процесс расщепления воды использует две окислительно-восстановительные стадии. Этапы производства солнечного водорода с помощью двухэтапного цикла на основе железа:

{\begin{cases}{\ce {M^{II}Fe2^{III}O4 -> M^{II}O + 2Fe^{II}O + 1/2O2}}&{\ce {(Reduction)}}\\{\ce {M^{II}O + 2Fe^{II}O + H2O -> M^{II}Fe2^{III}O4 + H2}}&{\ce {(Oxidation)}}\end{cases}}

Где М может представлять собой любое количество металлов, часто само Fe, Co , Ni , Mn , Zn или их смеси .

Стадия эндотермического восстановления (1) проводится при высоких температурах, превышающих 1400 °C , хотя « герцинитовый цикл» возможен при температурах до 1200 °C . Стадия окислительного расщепления воды (2) происходит при более низкой температуре ~ 1000 ° C , в результате чего в дополнение к газообразному водороду образуется исходный ферритовый материал. Уровень температуры реализуется за счет использования геотермального тепла магмы. ^[2] или солнечную энергетическую башню и набор гелиостатов для сбора солнечной тепловой энергии .

Герцинитовый цикл

Как и традиционный цикл оксида железа, герцинит основан на окислении и восстановлении атомов железа. Однако в отличие от традиционного цикла, ферритовый материал реагирует со вторым оксидом металла, оксидом алюминия , а не просто разлагается. Реакции протекают посредством следующих двух реакций:

{\begin{cases}{\ce {M^{II}Fe2^{III}O4 + 3Al2O3 -> M^{II}Al2^{III}O4 + 2Fe^{II}Al2^{III}O4 + 1/2O2}}&{\ce {(Reduction)}}\\{\ce {M^{II}Al2^{III}O4 + 2Fe^{II}Al2^{III}O4 + H2O -> M^{II}Fe2^{III}O4 + 3Al2O3 + H2}}&{\ce {(Oxidation)}}\end{cases}}

Стадия восстановления герцинитной реакции происходит при температуре на ~ 200 °С ниже, чем в традиционном цикле расщепления воды ( 1200 °С ). ^[3] Это приводит к снижению потерь на излучение, которые масштабируются как температура в четвертой степени.

Преимущества и недостатки

Преимуществами ферритовых циклов являются: они имеют более низкие температуры восстановления, чем другие двухступенчатые системы, не образуются металлические газы, высокая удельная производительность по H ₂ , нетоксичность используемых элементов и большое количество составляющих элементов.

Недостатками ферритных циклов являются: одинаковая температура восстановления и плавления шпинелей (за исключением герцинитового цикла, поскольку алюминаты имеют очень высокие температуры плавления) и низкие скорости реакции окисления или расщепления воды .

См. также

Ссылки

^ Проект ПД10
^ Sentech 2008-Анализ водорода, полученного геотермальным способом на большом острове Гавайи.
^ Шеффе, Джонатан; Цзяньхуа Ли; Алан В. Веймер (2010). «Окислительно-восстановительный цикл расщепления воды шпинель-феррит / герцинит». Международный журнал водородной энергетики . 35 (8): 3333–3340. doi : 10.1016/j.ijhydene.2010.01.140 .

Внешние ссылки

Солнечный водород из термохимических циклов на основе оксида железа

[1] Проект ПД10

[2] Sentech 2008-Анализ водорода, полученного геотермальным способом на большом острове Гавайи.

[3] Шеффе, Джонатан; Цзяньхуа Ли; Алан В. Веймер (2010). «Окислительно-восстановительный цикл расщепления воды шпинель-феррит / герцинит». Международный журнал водородной энергетики . 35 (8): 3333–3340. doi : 10.1016/j.ijhydene.2010.01.140 .

[1]

[2]

[3]