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Ciclo cobre-cloro

Diagrama simplificado del ciclo Cobre-Cloro.

El ciclo cobre - cloro (ciclo Cu-Cl) es un ciclo termoquímico de cuatro pasos para la producción de hidrógeno. El ciclo Cu-Cl es un proceso híbrido que emplea pasos termoquímicos y de electrólisis. Tiene un requisito de temperatura máxima de unos 530 grados centígrados. [1]

El ciclo Cu-Cl implica cuatro reacciones químicas para la división del agua , cuya reacción neta descompone el agua en hidrógeno y oxígeno . Todos los demás productos químicos se reciclan. El proceso Cu-Cl puede vincularse con plantas nucleares u otras fuentes de calor, como el calor residual solar e industrial , para lograr potencialmente mayores eficiencias, menor impacto ambiental y menores costos de producción de hidrógeno que cualquier otra tecnología convencional.

El ciclo Cu-Cl es uno de los ciclos termoquímicos destacados que se están desarrollando dentro del Foro Internacional Generación IV (GIF). A través del GIF, más de una docena de países de todo el mundo están desarrollando la próxima generación de reactores nucleares para una producción altamente eficiente de electricidad e hidrógeno.

Descripción del proceso

Las cuatro reacciones en el ciclo Cu-Cl se enumeran a continuación: [2] [3]

  1. 2 Cu + 2 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 ( ac ) + Cu (electrólisis a temperatura ambiente)
Reacción neta: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Leyenda: ( g )—gas; ( l )—líquido; ( aq ): solución acuosa; el resto de las especies se encuentran en fase sólida.

Atomic Energy of Canada Limited ha demostrado experimentalmente un electrolizador de CuCl en el que el hidrógeno se produce electrolíticamente en el cátodo y el Cu(I) se oxida a Cu(II) en el ánodo, combinando así los pasos 1 y 4 anteriores para eliminar la producción intermedia y posterior. Transporte de cobre sólido. [4]

Aproximadamente el 50% del calor necesario para impulsar esta reacción se puede capturar de la propia reacción. [ cita necesaria ] El resto del calor puede proporcionarse mediante cualquier proceso adecuado. Investigaciones recientes se han centrado en un esquema de cogeneración utilizando el calor residual de los reactores nucleares, específicamente el reactor de agua supercrítica CANDU . [4]

Ventajas y desventajas

Las ventajas del ciclo cobre-cloro incluyen temperaturas de funcionamiento más bajas , la capacidad de utilizar calor residual de baja calidad para mejorar la eficiencia energética y materiales potencialmente de menor costo. En comparación con otros ciclos termoquímicos, el proceso Cu-Cl requiere temperaturas relativamente bajas de hasta 530 °C (990 °F).

Otro mérito importante de este ciclo es un voltaje relativamente bajo (por lo tanto, bajo gasto de energía eléctrica) que se requiere para el paso electroquímico (0,6 a 1,0 V, tal vez incluso 0,5 si se puede lograr una densidad de corriente más baja). [5] Se ha estimado que la eficiencia general del ciclo Cu-Cl es de poco más del 43%, [6] excluyendo las ganancias potenciales adicionales de utilizar el calor residual en el ciclo.

El manejo de sólidos entre procesos y fluidos de trabajo corrosivos presentan desafíos únicos para el desarrollo de equipos de ingeniería. Entre otros, actualmente se utilizan los siguientes materiales: recubrimientos por pulverización, aleaciones de níquel , acero revestido de vidrio , materiales refractarios y otros materiales avanzados. [7]

Ver también

Referencias

  1. ^ Energía solar para la producción termoquímica de hidrógeno.
  2. ^ Rosen, MA, Naterer, GF, Sadhankar, R., Suppiah, S., "Producción de hidrógeno de base nuclear con un ciclo termoquímico de cobre-cloro y un reactor de agua supercrítica", Taller de la Asociación Canadiense de Hidrógeno, Quebec, 19 al 20 de octubre. 2006. (PDF) Archivado el 6 de julio de 2011 en Wayback Machine .
  3. ^ Lewis, M. y Masin, J., "Una evaluación de la eficiencia del ciclo termoquímico híbrido de cloruro de cobre", Laboratorio Nacional Argonne, Universidad de Chicago, 2 de noviembre de 2005. (PDF).
  4. ^ ab Naterer, GF; et al. (2009). "Avances canadienses recientes en la producción de hidrógeno de base nuclear y el ciclo termoquímico Cu-Cl". Revista Internacional de Energía del Hidrógeno . 34 (7): 2901–2917. doi :10.1016/j.ijhydene.2009.01.090.
  5. ^ Dokiya, M.; Kotera, Y. (1976). «Ciclo híbrido con electrólisis mediante sistema Cu-Cl» (PDF) . Revista Internacional de Energía del Hidrógeno . 1 (2): 117–121. doi :10.1016/0360-3199(76)90064-1. Archivado desde el original (PDF) el 6 de julio de 2011 . Consultado el 27 de febrero de 2009 .
  6. ^ Chukwu, C., Naterer, GF, Rosen, MA, "Simulación de proceso de hidrógeno producido nuclearmente con un ciclo de Cu-Cl", 29ª Conferencia de la Sociedad Nuclear Canadiense, Toronto, Ontario, Canadá, 1 al 4 de junio de 2008 «Copia archivada» (PDF ) . Archivado desde el original (PDF) el 20 de febrero de 2012 . Consultado el 4 de diciembre de 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  7. ^ Sitio web de hidrógeno de UOIT (Instituto de Tecnología de la Universidad de Ontario) Archivado el 22 de mayo de 2011 en la Wayback Machine.