S5- Procese electrochimice de producere a hidrogenului nuclear

Hidrogenul poate fi produs prin procese: Termochimice, Electrochimice sau Hibride (electro-termochimice), folosind energia nucleara ca sursa de energie termala principala.

Proprietatile proceselor de producere a hidrogenului determina tipul de reactor ce poate fi cuplat cu tehnologia de producere a H2 relevanta.

Cel mai important parametru pentru ambele tipuri de procese il reprezinta temperatura ridicata necesara pentru o conversie eficienta.

Pentru a separa H2 de O2 din apa se utilizeaza Electroliza apei la temperatura ridicata Sunt necesare atat energia electrica cat si cea termica pentru a descompune apa direct in O2 si H2 utilizand o celula electrolitica ce functioneaza la 750-900 C.

Electroliza apei se poate realiza in:

aparate de electroliza alcaline conventionale sau avansate aparate cu polimeri solizi electrolizoare apa-vapori la temperaturi inalte

Toate aceste procese folosesc energia electrica pentru a diviza O2 de H2 intr-o celula electrochimica compusa din : anod, catod si un electrolit.

Reactiile ce au loc intr-un proces de electroliza sunt:

Catod: H2O + 2e− → H2 + O2−

Anod: O2− → 1/2 O2 + 2e−

Un amestec de abur si hidrogen cu un raport volumic de 9 la 1 intra pe la anodul celulei.Pe suprafata anodului apa se descompune in ioni de oxigen si hidrogen. Hidrogenul se formeaza la anod prin recombinarea ionilor de hidrogen in hidrogen gazos. Diferenta de potential de-a lungul celulei si structura unica de membrana a acesteia fac ca ionii de oxigen sa difuzeze de-a lungul celulei spre catod unde se recombina in oxigen gazos.

Hidrogenul gazos este separat din gazul ce iese de la anod, in timp ce oxigenul este indepartat din celula ca un gaz pur.

Celule pot fi tubulare sau plane.

Voltajul celulei este de obicei 0,95-1,3V si dnsitatea de curent 0,3-1,0 A/cm2.

Acest proces are avantaje termodinamice( voltaj scazut) si cinetice( densitate de curent mare).

Nevoia de electricitate scade cu cresterea temperaturii pentru electroliza si astfel creste eficenta conversiei

Schema de reactie in procesul de electroliza cu abur de inalta temperatura este inversul ca intr-o celula de combustibil solid-oxid . In aceasta din urma moleculele de vapori de apa sunt disociate la catod care este poros producand un amestec imbogatit de H2O/H2 in timp ce ionii de oxigen sunt transportati prin electrolitul solid neporos conductor de ioni catre anodul poros unde se recombina.

Astfel, produsele gazoase rezultate (hidrogen și oxigen) sunt separate în mod automat prin membrana de electrolit solid. Numai gazele H2O, O2, si H2 trebuie să fie circulate în instalația de electroliză și nicio alta substanța chimica, care ar putea da naștere la probleme de mediu.

Procesul poate fi avantajos atunci cand este cuplat cu reactoare racite cu gaz, reactoare racite cu sare topita si toate acele care pot genera o temperatura ridicata cu o eficienta neta a ciclului relativ mare.

Eficienta procesului electrochimic este aproape de cel termo dar fara conditiile de coroziune puternice produse de procesul termochimic si fara consumul de combustibil fosil sau emisiile de gaze cu efect de sera produse de procesele ce folosesc combustibilii conventionali.