Svovel–jod-syklusen

Svovel–jod-syklusen (S-I-syklus) er en serie med termokjemiske prosesser brukt til hydrogenproduksjon.

S-I-syklusen består av tre kjemiske reaksjoner som til sammen spalter vann i hydrogen og oksygen. Alle andre kjemikalier gjenbrukes. Prosessen krever en varmekilde.

 Beskrivelse av prosessen 

De tre reaksjonene er som følger:
I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 (120°C)
HI (hydrogenjodid) separeres ut med destillering. Merk at konsentrert H2SO4 kan reagere med HI og gi I2, SO2 og H2O (baklengs reaksjon). Mange kjemiske prosesser er reversible, slik som ammoniakkproduksjon fra N2 og H2, men fjerner man sluttproduktet forskyves likevekten. Denne reaksjonen omtales noen ganger som Bunsen reaksjon.

2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 (830°C)
Vannet, SO2 og gjenværende H2SO4 må separeres fra oksygenet ved kondensering.
2 HI → I2 + H2 (450°C)
Jod og gjenværende vann eller SO2 separeres gjennom kondensering og hydrogenet er igjen som gass.

 Netto reaksjon: 2 H2O → 2 H2 + O2

Svovelet og joden blir brukt på nytt, derfor ses prosessen som en sykel. Varme går inn i syklusen i høytemperatur endotermiske reaksjoner i steg 2 og 3 og varme går ut av syklusen i den eksoterme reaksjonen i steg 1. Energiforskjellen i det som går inn og ut av syklusen tilsvarer forbrenningsenergien til det produserte hydrogenet.

 Fordeler og ulemper 
 Alle prosesser foregår i væske eller gassform, prosessen er derfor godt egnet til kontinuerlig produksjon.
 God utnyttelse av varmen (rundt 50%) men krever svært høye temperaturer (minst 850 C)
 Et lukket system uten biprodukt eller avgasser
 Katalysatorene i reaksjonen (jod, svoveldioksid og syrer) er korrosive, som setter krav til apparatene.

 Forskning 
S-I syklusen ble oppfunnet hos General Atomics på 70-tallet. Det japanske atomenergibyrået (JAEA) har utført vellykkete eksperiment med S-I syklusen med det formål å bruke fjerdegenerasjons atomreaktorer til å produsere hydrogen. (Japanerne kaller forøvrig sykelen for IS sykelen.) Videreutvikling av prosessen foregår med støtte fra flere land.

 Utfordringer for materialteknologien 
S-I syklusen involverer prosessen med korrosive kjemikalier med temperaturer opp mot 1000°C. Materialer som kan motstå kjemikaliene under slike forhold er helt avgjørende for at prosessen skal bli økonomisk gjennomførbar. SeB. Wonga, R.T. Buckingham, L.C. Brown, B.E. Russ, G.E. Besenbruch, A. Kaiparambil, R. Santhanakrishnan and Ajit Roy, "Construction materials development in sulfur–iodine thermochemical water-splitting process for hydrogen production", International Journal of Hydrogen Energy
Volume 32, Issue 4, March 2007, Pages 497-504.Saramet info sheet 
for en liste over materialer som forskere vurderer for formålet.

 Rolle i hydrogenøkonomien 
S-I syklusen har blitt lagt fram som en god måte å produsere hydrogen for en kommende hydrogenbasert økonomi. Med en effektivitet på rundt 50% er prosessen mer effektiv enn elektrolyse og krever ikke tilførsel av hydrokarboner, slik visse andre prosesser krever. Den krever bare varme, som kan tilbys både fra el-nettet og solfangere. Men mye forskning gjenstår før S-I syklusen kan bli en dugende produksjonsmetode for hydrogen.

 Se også 
Kobber–klor-syklusen

 Referanser 

 Kilder 
 Paul M. Mathias and Lloyd C. Brown "Thermodynamics of the Sulfur-Iodine Cycle for Thermochemical Hydrogen Production", presented at the 68 th Annual Meeting of the Society of Chemical Engineers, Japan 23 March 2003. (PDF).

 Atsuhiko TERADA; Jin IWATSUKI, Shuichi ISHIKURA, Hiroki NOGUCHI, Shinji KUBO, Hiroyuki OKUDA, Seiji KASAHARA, Nobuyuki TANAKA, Hiroyuki OTA, Kaoru ONUKI and Ryutaro HINO, "Development of Hydrogen Production Technology by Thermochemical Water Splitting IS Process Pilot Test Plan", Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.44, No.3, p.477-482 (2007). (PDF).

 Eksterne lenker 
 Hydrogen: Our Future made with Nuclear  (MPR Profile issue 9)

Kategori:Kjemiske reaksjoner