A réz-klór körfolyamat egy négylépéses hidrogéntermelő termokémiai körfolyamat. A körfolyamatban termokémiai és elektrolízises lépésekben történik a víz felbontása alkotóelemeire. A folyamat fenntartásához szükséges hőmérséklet 530 °C körüli.
A réz-klór ciklus négy reakción keresztül vezet a vízbontáshoz, a nettó folyamat valójában a víz alkotóira történő felbontása melléktermékek nélkül, mert ezek a köztitermékek a körfolyamatban visszajárathatóak. A réz-klór körfolyamat kapcsolható nukleáris és egyéb hőforrásokhoz. Ennek jelentősége a különféle folyamatok hulladékhőjének hasznosításakor mutatkozik meg alacsony környezeti hatása és alacsony fajlagos hidrogénelőállítási költségével – mint előnnyel – a többi hagyományos eljárással szemben.
A réz-klór körfolyamat vezető szerepet tölt be a fejlesztés alatt álló negyedik generációs atomreaktorokhoz kapcsolódó termokémiai folyamatok közt. Ezekkel a reaktorokkal magas hatásfokkal termelhető hidrogén és elektromos áram egyszerre.
Folyamatleírás
A réz-klór ciklus H2O → Reakció 2 → Cu2OCl2 → Reakció 3 → ½ O2 ↓ ↖ ↓ 2 HCl 2 CuCl2 2+2 CuCl ↓ ↖ ↓ ↖ H2 ← Reakció 1 ← 2 Cu ← Reakció 4 ↑ ↘ → → → ⤴
A következő négy reakció képezi a réz-klór körfolyamatot:
2 Cu + 2 HCl(g) → 2 CuCl(f) + H2(g) (430–475 °C) 2 CuCl2 + H2O(g) → Cu2OCl2 + 2 HCl(g) (400 °C) Cu2OCl2 → 2 CuCl + ½ O2(g) (500 °C) 4 CuCl → 2 CuCl2(aq) + 2 Cu (környezeti hőmérsékleten történő elektrolízis) Nettó reakció: H2O → H2 + ½ O2 Jelölés: (g)—gáz; (f)—folyadék; (aq)—vizes oldat.
Az Atomic Energy of Canada Limited társaság kísérletileg demonstrálta, hogy az elektrolízis és a hidrogénfejlődés lépése összevonható. Ekkor a katódfolyamatban fejlődik a hidrogén, az anódon pedig a Cu(I) ion Cu(II) ionná oxidálódik, a köztitermék (fém réz) kihagyásával.
Hozzávetőlegesen a folyamathoz szükséges hő fele a folyamat exoterm részéből elvonható, a további hő pedig tetszőleges elérhető hőforrásból biztosítható. Főbb kutatási irány a nukleáris reaktorok hulladékhőjének hasznosítására felhasználni a réz-klór ciklust, különösen a CANDU szuper kritikus vizes reaktorhoz kapcsolódóan.
Előnyök és hátrányok Előnye a réz-klór ciklusnak az alacsonynak mondható működési hőmérséklet, a képesség az alacsony minőségű hulladékhő hasznosítására, ami energiahatékonyság-növelő, valamint potenciálisan olcsóbb szerkezeti anyagokból valósíthatók meg a körfolyamat készülékei.
Összehasonlítva más termokémiai ciklusokkal is alacsonynak mondható a működési hőmérséklet, amely 530 °C (990 °F).
További előnyként mondható az elektrolízis lépésének alacsony feszültségűsége (0,6–1,0 V közt, de esetleg akár 0,5 V is, ha alacsonyabb az áramsűrűség), A Cu–Cl ciklus bruttó hatásfoka várhatóan jobb mint 43%, nem beleszámítva a hulladékhő hasznosítási képességből fakadó előnyt, amikor „ingyenes” hulladékhőt hasznosítunk a ciklusban.
Hátrányként hozható fel, hogy a munkaközegek és a reakciótermékek korrozívak, ami további mérnöki fejlesztést igényel a felhasznált készülékek és szerkezeti anyagok terén. A szóba jöhető szerkezeti anyagcsoportok: szórt bevonatok, nikkelötvözetek, üveggel bevont acélkészülékek, különleges új anyagok.
Jegyzetek
Fordítás
Kapcsolódó szócikkek Cérium(IV)-cérium(III) ciklus Hibrid kénciklus Vas-oxid ciklus Kén-jód ciklus
Kategória:Kémiai reakciók