Αντιδραστήρας κεραµικής µεµβράνης για παραγωγή υδρογόνου

Αντιδραστήρας κεραµικής µεµβράνης για παραγωγή υδρογόνου µέσω της διάσπασης
του νερού µε ταυτόχρονη παραγωγή αερίου σύνθεσης
Αντιγόνη Εύδου, Βασίλης Ζασπάλης, Λώρη Ναλµπαντιάν
Εργαστήριο Ανόργανων Υλικών, Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ∆ιεργασιών, Εθνικό Κέντρο
Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης, 6ο χλµ οδού Χαριλάου – Θέρµης, Τ.Θ. 60361, 57001,
Θεσσαλονίκη, Τηλ.:2310498142, Fax:2310498131, e-mail: [email protected]
Η θερµοχηµική διάσπαση του νερού, ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται µε την χρήση ηλιακής
ενέργειας, µπορεί να χρησιµοποιηθεί για µακροπρόθεσµα αειφόρο παραγωγή υδρογόνου.
Ωστόσο η υπάρχουσα τεχνολογία παρουσιάζει προς το παρόν σοβαρά προβλήµατα όπως ο
ασυνεχής χαρακτήρας της διεργασίας, οι υψηλές θερµοκρασίες που απαιτούνται για την
αναγωγή – αναγέννηση των υλικών, και οι χαµηλές αποδόσεις σε υδρογόνο.
Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται µια νέα διεργασία για παραγωγή υδρογόνου µέσω της
θερµοχηµικής διάσπασης του νερού σε δύο στάδια. Βασίζεται σε έναν αντιδραστήρα
συµπαγούς µεµβράνης, που διασφαλίζει συνεχή παραγωγή υψηλής καθαρότητας
υδρογόνου, σε σταθερή θερµοκρασία. Ο αντιδραστήρας µεµβράνης αποτελείται από 2
τµήµατα τα οποία διαχωρίζονται από µια συµπαγή µεµβράνη από περοβσκίτη που είναι
αγωγός ιόντων οξυγόνου. Νερό υπό µορφή ατµού τροφοδοτείται στο ¨τµήµα 1¨ του
αντιδραστήρα όπου διασπάται αποδίδοντας υδρογόνο και πλεγµατικό οξυγόνο, το οποίο
συµπληρώνει τα πλεγµατικά κενά της µεµβράνης. Εξαιτίας της χαµηλής µερικής πίεσης
οξυγόνου στο ¨τµήµα 2¨ του αντιδραστήρα, στο οποίο υπάρχει µόνο ροή αδρανούς αερίου,
και επειδή το υλικό της µεµβράνης είναι αγωγός ιόντων οξυγόνου, δηµιουργείται µια
συνεχής ροή ιόντων οξυγόνου διαµέσου της συµπαγούς µεµβράνης, από την πλευρά του
ατµού προς την πλευρά του αδρανούς αερίου, όπου και τελικά το οξυγόνο εκροφάται σαν
αέριο. Ταυτόχρονα και προκειµένου να διατηρηθεί η ηλεκτρική ουδετερότητα,
δηµιουργείται προς την αντίθετη κατεύθυνση µια ίση ροή θετικά φορτισµένων
πλεγµατικών κενών, ¨οπών¨. Η συνεχής τροφοδοσία ανιοντικών κενών προς την πλευρά
όπου πραγµατοποιείται η διάσπαση του νερού δεν επιτρέπει την ολική οξείδωση του
υλικού και καθιστά εφικτή την συνεχή παραγωγή υδρογόνου.
Ο βαθµός διάσπασης των υδρατµών ενισχύεται σηµαντικά όταν στο ¨τµήµα 2¨ του
αντιδραστήρα τροφοδοτείται µια ουσία που µπορεί να οξειδωθεί, όπως π.χ. CH4. Κατά την
οξείδωση της ουσίας αυξάνει ο ρυθµός κατανάλωσης οξυγόνου, συνεπώς αυξάνει και η
ροή ανιοντικών κενών διαµέσου της µεµβράνης. Σε αυτή την περίπτωση στο ¨τµήµα 2¨ του
αντιδραστήρα πραγµατοποιείται η διεργασία της ¨Αναµόρφωσης µε Χηµική Ανάδραση¨ η
οποία βασίζεται στην χρήση του πλεγµατικού οξυγόνου περοβσκιτικών οξειδίων για την
µερική οξείδωση του µεθανίου σε αέριο σύνθεσης, απουσία µοριακού οξυγόνου.
Τα υλικά που έχουν δοκιµασθεί για την παρασκευή των συµπαγών µεµβρανών είναι όλα
περοβσκιτικά µε γενικό τύπο La1-xSrxMyMe1-yO3 (Me = Fe, Mn, Co, M = Ni, Co, Cr, Cu).
Οι οξειδοαναγωγικές καταλυτικές ιδιότητες των υλικών που χρησιµοποιούνται για την
παρασκευή των µεµβρανών µελετώνται σαν συνάρτηση της χηµικής σύστασης, του
ποσοστού ανιοντικών κενών, της θερµοκρασίας και των παραµέτρων της σύνθεσης.
Παρατηρήθηκε σταθερή και αντιστρεπτή απόδοση µετά από τουλάχιστον οκτώ πλήρεις
κύκλους οξείδωσης / αναγωγής του στερεού.

Download Report