Просмотр кода страницы Медно-хлорный цикл

[[Файл:Медно-хлорный цикл, упрощённая диаграмма.png|мини|300px| Упрощенная диаграмма цикла медь – хлор]] '''Цикл''' '''[[медь]]–[[хлор]] (цикл''' Cu – Cl) — четырехступенчатый [[термохимический цикл]] для производства водорода. Представляет собой гибридный процесс, в котором используются [[Термохимия|этапы термохимии]] и электролиза. Его максимальная температура составляет около 530 градусов по Цельсию. <ref>{{Cite web |url=http://www.faqs.org/patents/app/20080256952 |title=Solar power for thermochemical production of hydrogen |access-date=2021-06-16 |archive-date=2016-03-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160303233215/http://www.faqs.org/patents/app/20080256952 |deadlink=no }}</ref>

Цикл Cu – Cl включает четыре [[Химическая реакция|химические реакции]] [[Расщепление воды|расщепления воды]], итоговая реакция которых разлагает [[Вода|воду]] на [[водород]] и [[кислород]] . Все остальные химические вещества возвращаются в цикл. Процесс Cu – Cl может быть связан с ядерными установками или другими источниками тепла, такими как солнечная энергия и промышленные [[Отработанное тепло|отходы тепла]], чтобы потенциально достичь более высокого КПД, меньшего воздействия на окружающую среду и более низких затрат на производство водорода по сравнению с любой другой традиционной технологией.

Цикл Cu – Cl — один из важнейших термохимических циклов, разрабатываемых [[Ядерные реакторы поколения IV|Международным форумом «Поколение IV»]]. Целью форума, куда входят более десятка стран по всему миру, является разработка ядерных реакторов следующего поколения для высокоэффективного производства как электроэнергии, так и водорода.

== Описание процесса ==
Четыре реакции в цикле Cu – Cl перечислены ниже: <ref>Rosen, M.A., Naterer, G.F., Sadhankar, R., Suppiah, S., "Nuclear-Based Hydrogen Production with a Thermochemical Copper-Chlorine Cycle and Supercritical Water Reactor", Canadian Hydrogen Association Workshop, Quebec, October 19 – 20, 2006. [http://faculty.uoit.ca/naterer/cha06.pdf (PDF)] {{Архивировано|url=https://web.archive.org/web/20110706211108/http://faculty.uoit.ca/naterer/cha06.pdf|date=2011-07-06}}.</ref> <ref>Lewis, M. and Masin, J., "An Assessment of the Efficiency of the Hybrid Copper-Chloride Thermochemical Cycle", Argonne National Laboratory, University of Chicago, 2 November 2005. [http://aiche.confex.com/aiche/2005/techprogram/P20544.HTM (PDF)] {{Wayback|url=http://aiche.confex.com/aiche/2005/techprogram/P20544.HTM |date=20061102073721 }}.</ref>

# 2 Cu + 2 [[Хлороводород|HCl]] ''(г)'' → 2 CuCl ''(ж)'' + Н<sub>2</sub> ''(г)'' (430-475 ° С)
# 2 [[Хлорид меди(II)|CuCl<sub>2</sub>]] + H<sub>2</sub>O ( ''г'' ) → Cu<sub>2</sub>OCl <sub>2</sub> + 2 HCl (''г'') (400 ° C)
# 2 Cu<sub>2</sub>OCl<sub>2</sub> → 4 [[Хлорид меди(I)|CuCl]] + O<sub>2</sub> (''г'') (500 ° C)
# 2 CuCl → CuCl <sub>2</sub> (''водн.'') + Cu (электролиз при температуре окружающей среды)

:
: ''Чистая реакция:'' 2 H<sub>2</sub>O → 2 H<sub>2</sub> + O<sub>2</sub>
: Обозначения: (''г'') - газ; (ж) - жидкость; (''водн.'') - водный раствор; остальные вещества находятся в твердой фазе.

Компания Atomic Energy of Canada Limited экспериментально продемонстрировала электролизер CuCl, в котором водород вырабатывается электролитически на катоде, а Cu (I) окисляется до Cu (II) на аноде, тем самым объединив указанные выше этапы 1 и 4 для исключения промежуточного производства и последующей транспортировки твердой меди. <ref name="Naterer">{{Cite journal|author=Naterer|first=G. F.|title=Recent Canadian Advances in Nuclear-Based Hydrogen Production and the Thermochemical Cu-Cl Cycle|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=34|issue=7|pages=2901–2917|year=2009|doi=10.1016/j.ijhydene.2009.01.090}}</ref>

Примерно 50% тепла, необходимого для протекания этой реакции, может улавливаться самой реакцией.  Другое тепло может быть получено с помощью любого подходящего процесса. Недавние исследования были сосредоточены на схеме когенерации с использованием отработанного тепла ядерных реакторов, в частности [[CANDU|реактора CANDU с]] [[Реактор со сверхкритической водой|водой сверхкритического давления]]<ref name="Naterer" />.

== Преимущества и недостатки ==
Преимуществами цикла медь-хлор являются более низкие [[Рабочая Температура|рабочие температуры]], возможность использования низкопотенциального отходящего тепла для повышения энергоэффективности и потенциально более дешевые материалы. По сравнению с другими термохимическими циклами, процесс Cu – Cl требует относительно низких температур до {{Convert|530|°C|°F|-1|abbr=on}} .

Еще одним важным достоинством этого цикла является относительно низкое напряжение (следовательно, низкий расход электроэнергии), необходимое для электрохимической стадии (от 0,6 до 1,0 В, возможно, даже 0,5, если может быть достигнута более низкая плотность тока). <ref>{{Cite journal|author=Dokiya|first=M.|title=Hybrid Cycle with Electrolysis Using Cu-Cl System|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=1|issue=2|pages=117–121|year=1976|url=http://hydrogen.uoit.ca/assets/Default/documents/Public/hybridCuCl.pdf|doi=10.1016/0360-3199(76)90064-1|accessdate=2009-02-27|archive-date=2011-07-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20110706211108/http://hydrogen.uoit.ca/assets/Default/documents/Public/hybridCuCl.pdf|url-status=live}}</ref> Общий КПД цикла Cu – Cl составляет чуть более 43% <ref>Chukwu, C., Naterer, G. F., Rosen, M. A., "Process Simulation of Nuclear-Produced Hydrogen with a Cu-Cl Cycle", 29th Conference of the Canadian Nuclear Society, Toronto, Ontario, Canada, June 1–4, 2008. {{Cite web|url=http://hydrogen.uoit.ca/assets/Default/documents/Public/CNS08-Chukwu.pdf|title=Archived copy|archive-url=https://web.archive.org/web/20120220142521/http://hydrogen.uoit.ca/assets/Default/documents/Public/CNS08-Chukwu.pdf|archive-date=2012-02-20|access-date=2013-12-04|deadlink=yes}}</ref> исключая дополнительные потенциальные выгоды от использования отходящего тепла в цикле.

Работа с твердыми частицами в процессе, где есть агрессивные рабочие жидкости, представляет собой проблему для разработки инженерного оборудования. Среди прочего в настоящее время используются следующие материалы: [[Покрытие распылением|напыляемые покрытия]], [[Никелевый сплав|никелевые сплавы]], [[Сталь, облицованная стеклом|облицованная стеклом сталь]], [[Огнеупорные материалы|огнеупорные]] и другие современные материалы. <ref>[http://hydrogen.uoit.ca/EN/main/research/CuCl/Materials_Corrosion.html Hydrogen Website of UOIT (University of Ontario Institute of Technology)] {{Архивировано|url=https://web.archive.org/web/20110522035645/http://hydrogen.uoit.ca/EN/main/research/CuCl/Materials_Corrosion.html|date=2011-05-22}}</ref>

== См. также ==
* [[Цикл оксид церия (IV) – оксид церия (III)]]
* [[Гибридный цикл серы]]
* [[Цикл оксида железа]]
* [[Серно-йодный цикл]]
* [[Цикл цинк–оксид цинка]]

== Примечания ==
{{reflist}} 
[[Категория:Химические реакции]]
[[Категория:Электрохимия]]
[[Категория:Водородная энергетика]]
[[Категория:Производство топлива]]
[[Категория:Водородные технологии]]