Цикл оксида железа (Fe ₃ O ₄ /FeO) — двухступенчатый используемый для производства водорода . Он основан на восстановлении и последующем окислении ионов железа , а именно на восстановлении и окислении между Fe ³⁺ и Fe ²⁺ . , или оксид железа, участвуют в цикле в форме и в зависимости от условий реакции легирующие металлы и материал носителя образуют либо вюститы, либо различные шпинели.

Описание процесса

В термохимическом двухэтапном используются две окислительно-восстановительные стадии. Этапы производства солнечного водорода с помощью двухступенчатого цикла на основе железа:

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

Где символом M обозначен металл Fe, Co , Ni , Mn , Zn или их смесь.

Стадия эндотермического восстановления (1) проводится при высоких температурах, превышающих 1400 С, хотя « цикл герцинита » может проходить при 1200 С. Стадия окислительного расщепления воды (2) происходит при более низких температурах ~1000 С, в ней образуется исходный ферритовый материал и газообразный водород. Температурный уровень реализуется с помощью геотермального тепла от магмы или и набора гелиостатов для сбора солнечной тепловой энергии .

Герцинитовый цикл

Как и традиционный цикл оксида железа, цмкл герцинита основан на окислении и восстановлении атомов железа. Однако в отличие от традиционного цикла ферритный материал реагирует со вторым оксидом металла, оксидом алюминия , а не просто разлагается. Реакции протекают через следующие две реакции:

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

Стадия восстановления герцинитовой реакции протекает при температуре на 200 С ниже, чем при традиционном цикле разделения воды (1200 С). Это приводит к меньшим потерям на излучение, которые пропорциональны четвёртой степени температуры.

Преимущества и недостатки

Преимущества ферритовых циклов: 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 медленные скорости реакции окисления или .

См. также

• Цикл оксид церия (IV) – оксид церия (III)
• Медно-хлорный цикл
• Гибридный цикл серы
• HYDROSOL
• Серно-йодный цикл
• Цикл цинк–оксид цинка

Примечания

Внешние ссылки