Svavel-jod-cykeln är en trestegs termokemisk process avsedd att producera väte.
Svavel-jod-cykeln består av tre kemiska reaktioner, där vatten sönderdelas till väte och syre med hjälp av processkemikalierna svaveldioxid och jod. Processkemikalierna återvinns, vilket kräver en effektiv värmekälla.
Sönderdelning av vatten enbart genom termisk nedbrytning av vattenmolekylen kräver höga temperaturer, storleksordningen . Svavel-jod-cykeln erbjuder en möjlighet för vätgasframställning vid lägre reaktionstemperaturer. Processbeskrivning
I (exoterm reaktion, ) Bunsens reaktion. Vätejodid (HI) separeras därefter från svavelsyra (H2SO4) genom destillation eller dekantering
II (endoterm reaktion, ) Utvinning av väte och återvinning av processkemikalien jod. Jod och rester av vatten och svaveldioxid separeras genom kondensering, medan vätet förblir i gasform.
III (endoterm reaktion, ) Återvinning av processkemikalien svaveldioxid. Vatten, svaveldioxid och rester av svavelsyra sepereras genom kondensering, medan syret förblir i gasform.
Nettoreaktion: 2 H2O → 2 H2 + O2
Egenskaper Fördelar Alla ingående produkter i processen är i gas- eller vätskefas, därför lämpad för processindustri Hög verkningsgrad (omkring 50%) Sluten process, utan biprodukter eller avfall Mer utvecklad är alternativa processvägar för vätgasframställning Kräver inga dyrbara eller giftiga katalysatorer, eller tillsatsämnen Mer energieffektiv än elektrolys av vatten
Nackdelar Mycket hög teperatur krävs för återvinning av processkemikalien svaveldioxid (reaktion III. ovan) Korrosiva produkter (jod, svaveldioxid, vätejodid, svavelsyra) ingår i processen vilket ställer höga krav på konstruktionsmaterial i processkärlen. Mer utvecklingsarbete krävs för omsätta processen i industriell skala
Forskning och utveckling Svavel-jod-cykeln uppfanns av General Atomics på 1970-talet.Besenbruch, G. 1982. General Atomic sulfur iodine thermochemical water-splitting process. Proceedings of the American Chemical Society, Div. Pet. Chem., 27(1):48-53. Japans atomenergiorgan (JAEA) har genomfört framgångsrika försök med svavel-jod-cykeln vid den heliumkylda högtemperaturreaktorn HTTR. som togs i drift 1998.https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf. Progress in Nuclear Energy Nuclear heat for hydrogen production: Coupling a very high/high temperature reactor to a hydrogen production plant. 2009Status report 101 – Gas Turbine High Temperature Reactor (GTHTR300C).
Flera modifieringar av svavel-jod-cykeln har föreslagits. En möjlighet är att låta processen arbeta som en svavelsyrafabrik, varvid endast reaktion I. och II. används. Den i reaktion I. framställda svavelsyran renas och koncentreras till en kommersiell produkt. Ny svaveldioxid måste då kontinuerligt tillföras processen. Å andra sidan minskar kravet på processvärme, då reaktion III. inte används, och processvärme från framställningen av svaveldioxid kan användas i reaktion II.
En närliggande process är hybrid-svavel-cykeln, uppfunnen av Westinghouse på 1970-talet.Lee E. Brecher and Christopher K. Wu, “Electrolytic decomposition of water”, Westinghouse Electric Corp., Patent 3,888,750, June 10, 1975. I denna elektrolyseras en blandning av vatten och svaveldioxid, enligt reaktionen
Att elektrolysera en blandning av vatten och svaveldioxid kräver betydligt mindre elenergi, jämfört med att elektrolysera vatten. Den i reaktionen bildade svavelsyran kan antingen användas för att återvinna svaveldioxid enligt reaktion III. ovan, eller raffineras till en kommersiell produkt.
Källor
Noter
Kategori:Kemiska reaktioner