आयरन ऑक्साइड चक्र

आयरन ऑक्साइड चक्र का सरलीकृत आरेख

रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए, आयरन ऑक्साइड चक्र (Fe₃O₄/FeO) हाइड्रोजन उत्पादन के लिए उपयोग के लिए प्रस्तावित मूल दो-चरण थर्मोकेमिकल चक्र है।

यह लोहे के आयनों की कमी और बाद में ऑक्सीकरण पर आधारित है, विशेष रूप से Fe के बीच कमी और ऑक्सीकरण³⁺ और फ़े²⁺. आयरन, या आयरन ऑक्साइड के आबंटन, स्पिनल समूह के रूप में शुरू होते हैं और प्रतिक्रिया की स्थिति के आधार पर, डोपेंट धातु और सहायक सामग्री या तो वुस्टाइट्स या विभिन्न स्पिनल बनाती हैं।

प्रक्रिया विवरण

थर्मोकेमिकल दो-चरण जल विभाजन प्रक्रिया दो रिडॉक्स चरणों का उपयोग करती है। लौह आधारित द्वि-चरणीय चक्र द्वारा सौर हाइड्रोजन उत्पादन के चरण हैं:

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

जहाँ M किसी भी संख्या में धातु, अक्सर Fe ही, कोबाल्ट, निकल , मैंगनीज, जस्ता या उसके मिश्र धातु से हो सकता है।

एंडोथर्मिक रिडक्शन स्टेप (1) से अधिक उच्च तापमान पर किया जाता है 1400 °C, हालांकि हर्सीनाइट चक्र कम से कम तापमान के लिए सक्षम है 1200 °C. ऑक्सीडेटिव जल विभाजन चरण (2) कम ~ पर होता है1000 °C तापमान जो हाइड्रोजन गैस के अलावा मूल फेराइट सामग्री का उत्पादन करता है। मेग्मा से भूतापीय ताप का उपयोग करके तापमान स्तर का एहसास होता है या एक सौर ऊर्जा टावर और सौर तापीय ऊर्जा एकत्र करने के लिए हेलीओस्टैट्स का एक सेट।

हर्सीनाइट चक्र

पारंपरिक आयरन ऑक्साइड चक्र की तरह, हेर्सिनाइट लोहे के परमाणुओं के ऑक्सीकरण और कमी पर आधारित है। हालांकि पारंपरिक चक्र के विपरीत, फेराइट सामग्री केवल विघटित होने के बजाय दूसरी धातु ऑक्साइड, एल्यूमीनियम ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करती है। प्रतिक्रियाएँ निम्नलिखित दो प्रतिक्रियाओं के माध्यम से होती हैं:

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

हेर्सिनाइट प्रतिक्रिया का कमी चरण तापमान ~ पर होता है 200 °C पारंपरिक जल विभाजन चक्र से कम (1200 °C). इससे कम विकिरण नुकसान होता है, जो तापमान के रूप में चौथी शक्ति के पैमाने पर होता है।

फायदे और नुकसान

फेराइट चक्रों के लाभ हैं: उनके पास अन्य 2-स्टेप सिस्टम की तुलना में कम तापमान कम होता है, कोई धातु गैस उत्पन्न नहीं होती है, उच्च विशिष्ट एच₂ उत्पादन क्षमता, उपयोग किए गए तत्वों की गैर-विषाक्तता और घटक तत्वों की प्रचुरता।

फेराइट चक्रों के नुकसान हैं: स्पिनेल्स के समान कमी और पिघलने का तापमान (हर्सिनाइट चक्र को छोड़कर एल्यूमिनेट्स में बहुत अधिक पिघलने का तापमान होता है), और ऑक्सीकरण की धीमी दर, या पानी के विभाजन, प्रतिक्रिया।

यह भी देखें

• सेरियम (IV) ऑक्साइड-सेरियम (III) ऑक्साइड चक्र
• कॉपर-क्लोरीन चक्र
• संकर सल्फर चक्र
• हाइड्रोसोल-2
• सल्फर-आयोडीन चक्र
• जिंक जिंक-ऑक्साइड चक्र

बाहरी संबंध

• Solar hydrogen from iron oxide based thermochemical cycles