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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 aproximadamente 530 grados Celsius. [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 se puede vincular con plantas nucleares u otras fuentes de calor, como el calor solar y el calor residual 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 más importantes que se están desarrollando en el marco del Foro Internacional de la IV Generación (GIF). A través del GIF, más de una docena de países de todo el mundo están desarrollando la próxima generación de reactores nucleares para la 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 ( aq ) + 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 están 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 el transporte posterior de cobre sólido. [4]

Aproximadamente el 50% del calor necesario para impulsar esta reacción se puede capturar de la propia reacción. [ cita requerida ] El resto del calor se puede obtener mediante cualquier proceso adecuado. Las investigaciones recientes se han centrado en un esquema de cogeneración que utiliza el calor residual de los reactores nucleares, en concreto el reactor de agua supercrítica CANDU . [4]

Ventajas y desventajas

Las ventajas del ciclo cobre-cloro incluyen temperaturas de operación 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 significativo de este ciclo es el voltaje relativamente bajo (y por lo tanto, el bajo gasto de energía eléctrica) que se requiere para el paso electroquímico (0,6 a 1,0 V, quizás incluso 0,5 si se puede lograr una densidad de corriente menor). [5] Se ha estimado que la eficiencia general del ciclo Cu–Cl es un poco más del 43%, [6] excluyendo las ganancias potenciales adicionales de utilizar el calor residual en el ciclo.

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

Véase 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 del Hidrógeno, Quebec, 19 y 20 de octubre de 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 cobre-cloruro", 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 a partir de la energía 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 utilizando un 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 2011-07-06 . Consultado el 2009-02-27 .
  6. ^ Chukwu, C., Naterer, GF, Rosen, MA, "Simulación de procesos de hidrógeno producido nuclearmente con un ciclo Cu-Cl", 29.ª Conferencia de la Sociedad Nuclear Canadiense, Toronto, Ontario, Canadá, 1–4 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 sobre hidrógeno de UOIT (Instituto de Tecnología de la Universidad de Ontario) Archivado el 22 de mayo de 2011 en Wayback Machine.