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Titolo: Metallurgia reversibile "green" dell'ALLUMINIO. Stoccaggio di elettricità a grande scala

 
La metallurgia classica, anche elettrolitica, 
dell'ALLUMINIO, presenta forti emissioni di CO2 anche 
qualora alimentata da elettricità green.
Questo è dovuto al fatto che il bagno di criolite è 
alimentato ad allumina (Al2O3) e quest'ultima all'anodo 
sviluppa una reazione "Oxygen evolving".
Ora a quella T e in quell'elettrolita, non si trova nessun 
anodo abbastanza nobile e disponibile da produrre ossigeno. 
Si usa invece un anodo SACRIFICALE di carbone, che viene 
ossidato a CO2.
 
Il problema è disporre di una fonte di alluminio ossidato 
PRIVA DI OSSIGENO.
Un materiale tipico sarebbe AlCl3 anidro.
Un tale elettrolita, una mistura di AlCl3 ed altri fondenti 
inerti, tipo KCl o NaCl o LiCl o varie combinazioni (tra 
l'altro molto più facilmente fondenti della criolite, ergo T 
inferiori), all'anodo non sviluppa ossigeno, ma CLORO 
elementare. Ora il cloro attacca la grafite, lentamente, ma 
non in maniera altrettanto distruttiva (e può venire 
rigenerata, perché non produce emissioni di carbonio 
volatile). Quindi un anodo non nobile (es. Iridio, Rodio, 
Platino ed altra roba di nicchia) ma di banale grafite, può 
resistere a lungo all'azione del cloro secco.
Il cloro stesso è un sottoprodotto di pregio in chimica 
organica e può anche essere fissato in disinfettanti, o 
usato come comburente di accumulo (liquido, in bombole di 
ferro dolce).
Sottolineo la necessità di gestione del cloro vista la 
percentuale di cloro presente nella risorsa base (AlCl3), 
che ha appena il 22,5 % di Al e ben il 77,5 % di cloro !
 
Qui :
https://patents.google.com/patent/CN103708518A/en
 
è menzionata
 
la sintesi di AlCl3  ANIDRO usando il tionile cloruro (SOCl2)
a partire dal sale idrato, facilmente ottenibile
 
1)  Bauxiti varie + HCl conc => [Al(H2O)6]Cl3  cloruro di 
alluminio esaidrato
 
2)  [Al(H2O)6]Cl3  +  6 SOCl2  =>  AlCl3  +  6 SO2  +  12 HCl
 
il processo procede a T tiepida e pressione lievemente < 1 Atm
 
 
SO2  ed  HCl  andrebbero condensati dai fumi, ovviamente.
HCl è riciclato nel processo 1)
 
SO2 deve venire elettroliticamente ridotto, ad es. a ZOLFO 
elementare.
 
ci sono anche altri modi : riduzione totale con IDROGENO.
SO2  +  3 H2  =>  H2S  +  2 H2O
e ricombinazione (simproporzione)
SO2  +  2 H2S  =>  3 S  +  2 H2O
 
forse riduzione PARZIALE con IDROGENO
SO2  +  2 H2  =>  S  +  2 H2O
 
sintesi del cloruro di tionile dallo zolfo e cloro (con 
limitata quantità di vapore, anche multistadio).
Questo processo è molto fattibile ma un po' complicato 
(spesso come intermedi usa S2Cl2 e SCl2, da sottoporre a 
idrolisi parziale).
Chiaramente il cloro per noi è gratis, avendone prodotto 
valanghe dall'elettrolisi di AlCl3 anidro.
 
SO2  +  Cl2  +  SCl2  ==>  2 SOCl2
(è il processo più interessante)
 
 
Altri studi : 
https://www.osti.gov/doepatents/biblio/864785
 
 
https://patents.google.com/patent/CN1482064A/en
 
P.S. questo brevetto cinese NON MI CONVINCE per niente !
dubito davvero molto che i precipitati che si formano per 
aggiunta di etanolo alla soluzione acquosa di AlCl3·6 H2O 
sia AlCl3 anidro. Saresse troppo bello eh.
 
____________________________________________________
 
ora proviamo a fare un BILANCIO totale
 
1) elettrolisi
2 AlCl3  ==>  2 Al  +  3 Cl2
 
2) preparazione AlCl3 anidro
2 [Al(H2O)6]Cl3  +  12 SOCl2  =>  2 AlCl3  +  12 SO2  +  24 HCl
 
3) riduzione parziale di una parte (metà) della SO2 a zolfo 
(consuma IDROGENO)
6 SO2  +  12 H2  ==>  6 S  +  12 H2O
 
4) sintesi del dicloruro di zolfo (consuma cloro)
6 S  +  6 Cl2  ==>  6 SCl2
 
5) sintesi del cloruro di tionile
6 SO2  +  6 Cl2  +  6 SCl2  ==>  12 SOCl2
 
6) decomposizione elettrolitica (in acqua, a T. ambiente), 
anodo di carbone, catodo nobile non consumabile
24 HCl aq.  ==>  12 H2  +  12 Cl2
 
________________________________________________________
equazione LORDA complessiva
 
2 AlCl3  +  2 [Al(H2O)6]Cl3  +  12 SOCl2  +  6 SO2  +  12 H2 
  +  6 S  +  6 Cl2  +  6 SO2  +  6 Cl2  +  6 SCl2  +  24 HCl
========================================================
2 Al  +  3 Cl2  +  2 AlCl3  +  12 SO2  +  24 HCl  +  6 S  + 
12 H2O  +  6 SCl2  +  12 SOCl2  +  12 H2  +  12 Cl2
 
_______________________________________________________
equazione NETTA complessiva
 
2 [Al(H2O)6]Cl3
===========================
2 Al  +  3 Cl2  +  12 H2O
 
più consumo di energia ELETTRICA in due step (l'elettrolisi 
di AlCl3 anidro e l'elettrolisi acquosa di HCl)
Il ciclo ha un bilancio di materia CHIUSO e stocca 
elettricità potenziale
in una PILA ad alto voltaggio (anodo di alluminio e catodo 
di cloro) con circa  1,35 − (−1,66) = +3,01  Volt in sol. 
acquosa.
 
pregi
* uso di elementi abbondantissimi
* uso di elementi eco-compatibili in parte (ma in caso di 
distruzione, SO2 e Cl2 sono gas letali)
* nessun consumo a perdere di nessun elemento : è un ciclo 
chiuso, ossia una batteria reversibile, anche se non 
DIRETTAMENTE reversibile, ma con reversibilità realizzata a 
6 stadi distinti in processi separati.
Anche la "carica" e la scarica elettrochimica sono processi 
distinti.
 
difetti
* gestione di grossi volumi di cloro liquido (fattibile, per 
carità, ma pur sempre delicato). Bombole di ferro dolce sono 
adeguate per il cloro ANIDRO, che passiva il ferro e non 
attacca oltre).
* gestione di grossi volumi di SO2 gassosa, da liquefare 
anidra. HCl invece può essere assorbito con torri a lavaggio 
di acqua banale.
HCl condensa a −85,05 °C  SO2 condensa a −10 °C. Sicché la 
liquefazione FRAZIONATA, selettiva, dei vapori del processo 
N° 2 non dovrebbe essere difficoltosa, lavorando sui −15/−20 
°C, magari con compressione. Temperature banali anche per un 
freezer scadente, diciamo, a due stelle. Questo è 
importante, perché i due gas vanno divisi PRIMA, in uno 
scrubbing ad acqua, verrebbero solubilizzati ENTRAMBI (anche 
se HCl è MOLTO più solubile di SO2, che però è cmq parecchio 
solubile anch'essa).
 
Questo processo EVITA totalmente la necessità della CRIOLITE 
(artificiale, ricordiamolo), la gestione dell'acido 
FLUORIDRICO, e soprattutto evita il consumo degli anodi di 
carbone degli smelters.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
MarioCPPP


ops, chiaramente stadio 1) e 2) vanno invertiti
 
per il resto non cambia un cazzo a bilancio netto


On Sunday, 5 February 2023 at 12:26:13 UTC+1, MarioCPPP wrote:
 
quindi se non ho capito male: si produce alluminio e questo viene usato come elettrodo in una pila per produrre energia elettrica?
scusami se ho semplificato all'eccesso, magari perdendomi qualcosa del tuo trattato davanti al quale mi inchino


interessante veramente.
mi chiedo come spesso accade, fantasticando: un giorno avremo in casa delle pile che ci metto dentro un elettrodo di alluminio, produco elettricità e ogni volta ossidato lo rendo?
sarebbe fantastico.
amo l'alluminio, metallo meraviglioso


no problem, la mia voleva essere una ricerca "pratica" 
esattamente nella direzione di usare l'alluminio (il metallo 
più abbondante sulla crosta terrestre dopo il silicio, che 
non è proprio metallico) come anodo in un sistema ricaricabile.
 
Come ho scritto altre volte, la tecnologia attuale degli 
smelters, NON è ad emissioni zero, perché usa anodi 
sacrificali di carbone. Volevo aggirare questo scoglio.
 
 
Per inciso, sviluppando una batteria ad alluminio / cloro 
NON ACQUOSA, ma a sali fusi (ed imho si riesce a T modeste, 
con miscele eutettiche contenenti Al/Li/Na/K come cloruri 
(ossia tetracloroalluminati alcalini come elettroliti ed 
AlCl3 fuso come sostanza attiva), tutto il pippone per 
desossigenare Al non si pone nemmeno più.
 
Una pila del genere, non acquosa, sarebbe reversibile, 
perché si troverebbero anodi di grafite capaci di resistere 
al cloro "anidro".
 
Il sistema non ha una densità energetica mostruosa eh, 
malgrado l'alluminio sia l'ANODO più energy-dense in 
assoluto, perché non è densissima come materiale CATODICO 
(il cloro ha un peso equivalente di quasi 4 volte e mezzo 
quello dell'ossigeno, di una tipica pila air breathing ad Al).
Però invertire una pila Al/aria è un incubo o impossibile, 
invertire una Al/cloro sembra fattibile.
 
Forse sarebbe possibile pensare anche ad un sistema Al/S 
.... ma lo vedo più alto-fondente.



resta il fatto che l'alluminio ATTUALE non è interamente 
green nemmeno se è fatto con elettricità green (per la 
questione che ho spiegato degli anodi consumabili di grafite 
che si tramutano in CO2).
 
Circa il metallo in sé, è chiaro che il Padre Eterno ci ha 
dato FORTI e chiare indicazioni che fosse il suo 
sponsorizzato per fare batterie :D
 
Purtroppo come catodo sponsorizza l'ossigeno. Solo che una 
volta che sti due partner si combinano, a staccarli so 
davvero cazzi amarissimi.
 
P.S. trovare elettrodi "oxygen" evolving non è in sé nulla 
di trascendentale, in acqua.
Basta avere metalli PASSIVATI (come Pb/PbO2; Sn/SnO2; 
Ti/TiO2 ed altri).
 
Il problema è che una tale passivazione dura 1 millisecondo 
nel bagno di criolite fusa (essendo un forte donatore, 
acido, di fluoruro, depassiva praticamente tutti i metalli 
hard).
 
In un sistema a base CLORO/cloruro la depassivazione 
probabilmente non avverrebbe.
 
un sistema di soli ossidi fusi (senza idrogeno *), non è 
semplice da realizzare come bassi punti di fusione.
E se contiene idrogeno (tipo un bagno alcalino di 
IDROSSIDI), allora si riduce H e non Al.
