PRODUCION DEL

HIDROGENO

POR

TERMOLISIS

CICLO OXIDO-METALICO

SANTILLAN RODRIGUEZ AURA

GARCIA REYES MIGUEL ANGEL

LUGO PEREZ LIZBETH

INTROCUCION

El uso del hidrógeno como vector energético para su posible aplicación en el escenario mundial debe aún superar una serie de barreras tecnológicas, económicas y logísticas. Entre estas últimas, la producción del recurso es clave.

Alrededor del 40 % de la producción mundial de

hidrógeno se utiliza en la industria química, otro

40 % en refinerías y el 20 % restante en una gran

variedad de procesos

La designación de procesos de conversión química resulta muy amplia, pudiendo aplicarse tanto a combustibles fósiles (carbón e hidrocarburos) como a fuentes renovables (biomasa).

TERMOLISIS

La termólisis es la reacción en la que un compuesto se separa en al menos otros dos cuando se somete a un aumento de temperatura. Por ejemplo el carbonato de calcio se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono.

En otros compuestos se pueden llegar a separar sus átomos constitutivos, por ejemplo, el agua calentada a más de 2.500ºC rompe sus enlaces y se convierte en átomos de hidrógeno y oxígeno.

La clasificación de los procesos de producción va a distinguir en función de la naturaleza de los procesos, como es lo habitual en textos técnicos energéticos.

De esta manera, se distingue entre: procesos de conversión química, procesos de termólisis, procesos de electrólisis, procesos de fermentación y procesos fotolitos.

Los procesos de termólisis implican la extracción del hidrógeno de la molécula que lo alberga (hidrocarburo o agua) mediante la aplicación de calor. Bajo esta definición el reformado, la gasificación y la pirólisis se pueden entender como procesos de termólisis.

La consideración de estos procesos como métodos químicos o termolíticos depende de la

fuente de calor empleada.

El rendimiento global, o rendimiento de conversión de energía solar a energía química, es un parámetro adecuado para evaluar el potencial industrial de un proceso y, en el caso de energía solar de alta temperatura, adquiere especial importancia.

Cuanto mayor sea dicho rendimiento, menor será el área de colectores necesaria para producir una cantidad dada de hidrógeno y, consecuentemente, menores serán los costos en los que se incurra para el sistema de concentración solar, que normalmente corresponden a la mitad de la inversión total del conjunto de la planta

solar-química.

El proceso que mayor temperatura requiere es la termólisis directa del agua, que se verifica a partir de 2.500 K y por tanto resulta inabordable en la práctica.

A temperatura intermedia (Clase II) se tienen los procesos de descarbonización (pirólisis, gasificación y reformado), situados todos alrededor de 1.000 K y ya tratados en el apartado de conversión química.

La inclusión en esta sección se debe a que el aporte de calor se realiza con una fuente externa.

Así, se habla de procesos químicos, en el sentido del apartado anterior, cuando el calor para el proceso se extrae de la propia materia prima a través de una combustión; por el contrario, se habla de procesos de termólisis cuando el calor procede de una fuente externa, como la energía solar concentrada o la energía nuclear a alta temperatura.

El máximo valor de la razón de concentración puede determinarse fácilmente mediante un criterio termodinámico (consiste en el estudio de las transformaciones que sufre la energía calorífica en las reacciones químicas ). Los métodos termoquímicos, entre los que se incluyen: termólisis directa del agua, ciclos termoquímicos, generalmente de dos pasos, basados en la reducción de óxidos metálicos

Así, cuando un colector hipotético alcance el equilibrio termodinámico, su temperatura máxima será igual a la temperatura del sol.

La producción termoquímica de hidrógeno hace uso de una fuente calorífica de alta temperatura para llevar a cabo una reacción endotérmica (Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía). Aunque el estudio se va a centrar en el ámbito solar, es interesante recordar que la investigación inicial en este campo estuvo muy ligada al desarrollo de energía nuclear.

Los ciclos termoquímicos no son exclusivamente nucleares, ni exclusivamente solares ya que, en general, se pueden acoplar a ambas fuentes de energía.

En el caso solar, la limitación de temperatura no es tan restrictiva, aunque siempre existen problemas constructivos y de materiales. Para conseguir elevadas temperaturas se utilizan preferentemente centrales de torre y discos parabólicos, dispositivos que se incluyen dentro de la categoría de colectores concentradores de enfoque.

Estos colectores de concentración se diferencian de los fijos o semi-fijos en que poseen un mecanismo de seguimiento del sol; de esta forma, el concentrador siempre está orientado hacia el disco solar y la radiación directa incide perpendicularmente sobre el mismo.

Los altos flujos de por encima de los 3000K, que permiten que la conversión de la energía solar a energía térmica se realice a temperaturas del orden de los 2000K y superiores, que son las que se emplean en los ciclos termoquímicos de dos pasos que se basan en la reducción de un óxido metálico.

El primer paso, endotérmico, es la reducción, mediante energía solar, del óxido metálico (Mx Oy). Como se observa, esta reducción puede ser al metal o a un óxido metálico de menor valencia. También se puede realizar una carbo-reducción del óxido metálico, utilizando como agente reductor carbón o gas natural.

El segundo paso, que no requiere de energía solar, es la hidrólisis exotérmica del agua, acompañada de la oxidación del metal, para formar el hidrógeno y el correspondiente óxido metálico. Ya se ha comprobado experimentalmente que la reacción de separación de la molécula de agua ocurre de forma exotérmica y con una tasa de realización razonable cuando se burbujea vapor a través del metal fundido, a temperaturas del orden de 700K.