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PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE CICLOS TERMOQUÍMICOS 41

3 PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE CICLOS TERMOQUÍMICOS

En el apartado anterior se ha comentado brevemente la evolución histórica de los ciclos

termoquímicos. A continuación para clasificar los ciclos termoquímicos más adecuados para la

producción de hidrógeno mediante ciclos termoquímicos y las principales características de los

ciclos más estudiados se ha utilizado los parámetros medidos en la metodología numérica de

Brown.

Hoy en día, se conocen 115 ciclos termoquímicos para la producción de hidrógeno, sin

embargo, existen unos criterios a partir de los cuales se pueden determinar los más utilizados

o adecuados según los requerimientos de la instalación. Estos criterios, los cuales, se pueden

clasificar de forma general en 4 partes, son los siguientes:[24-26]

1. Consideraciones económicas

• Número de reacciones químicas: Determinar el número de reacciones químicas

suele ser fácil. Sin embargo, se considera una excepción cuando dos o más

reacciones químicas ocurren secuencialmente en una única operación de

tratamiento. En este caso, se evalúa como una única reacción para determinar los

pasos del ciclo.

Esto ocurre sobre todo para los ciclos que implican la descomposición del ácido

sulfúrico. Puesto que las reacciones que conllevan la disociación del ácido sulfúrico

ocurren secuencialmente en un único intercambiador de calor / sistema reactor,

sin separaciones intermedias, por tanto este caso se considera que sólo hay una

reacción, independiente de la forma en la que se describe el ciclo en la literatura.

• Número de separaciones químicas: El número de pasos de un ciclo se determina a

partir del número de separaciones requeridas para cada reacción química.

Después de la separación de fases, para cada fase, se considera si algún

componente debe ser separado antes de la siguiente reacción. Para esta

clasificación o método de evaluación de los ciclos, este parámetro y el anterior

están muy relacionados. Los ciclos con menor número de etapas son los que

obtienen las mejores puntuaciones.

• Número de elementos: Cada elemento que se encuentra en alguna de las

reacciones llevadas a cabo en el ciclo se enumeran y contabiliza. Para ello, según

este criterio, el oxígeno y el hidrógeno, que se producen en cada ciclo, así como el

catalizador que no se indica en las reacciones no se consideran.

• Abundancia de los elementos: Los elementos han sido agrupados en base a su

abundancia clasificando los grupos en función del orden de magnitud de

abundancia. Una excepción es nitrógeno, que, sobre la base de su abundancia en

la atmósfera, se agrupa con los elementos más abundantes. La caracterización del

ciclo según este parámetro se basa en el elemento menos abundante utilizado en

el ciclo.


• Corrosión química: Los ciclos se clasifican en función del elemento más corrosivo

implicado en el proceso. Cuando un ciclo termoquímico no contiene ningún

elemento corrosivo tiene la evaluación máxima, mientras que la mínima se

corresponde con el ácido sulfúrico.

• Corrientes sólidas: En función de componentes sólidos existen 4 clasificaciones,

ciclos que sólo involucran componentes gaseosos y líquidos, ciclos con sólidos en

lechos fijos, ciclos con corrientes sólidas y ciclos con sólidos en lecho fijo en una

etapa y en corrientes en otra. Se aceptan sólidos, cuando los sólidos en lecho fijo

únicamente reaccionan con gases y todo el reactante sólido se convierte en

producto sólido.

2. Consideraciones del colector/receptor solar

• Temperatura máxima del ciclo: La temperatura máxima del ciclo es otro de los

parámetros más importantes para este análisis. Se obtienen mejores puntuaciones

cuando las temperaturas máximas son menores.

3. Conocimientos previos del ciclo

• Referencias: Se realiza una búsqueda en la literatura sobre el número de

publicaciones de cada ciclo. En este parámetro se obtiene la mayor puntuación

cuanto mayor es el número de publicaciones.

• Estado de demostración: El grado y la escala con la que el ciclo ha sido

demostrado vienen determinados en la literatura.

• Eficiencia y coste: Estos parámetros también se buscan en la literatura.

Se realiza una correlación entre los tres parámetros para que la búsqueda en la literatura no

suponga un gran efecto en la evaluación del mejor ciclo termoquímico.

4. Consideraciones del medioambiente y seguridad

• Toxicidad: tanto con los humanos como con el medio ambiente.

• Reacción con agua o aire

A partir de los criterios anteriores se concluye que las mejores características para un ciclo

termoquímico son:

- Menor número de reacciones

- Menor número de etapas

- Menor número de elementos involucrados en las reacciones

- Mayor abundancia de los elementos en la atmósfera

- Selecciones de elementos no corrosivos

- Ciclos con fases gas y líquidas o sólidos en lecho fijo

- Menores temperaturas máximas

- Abundante documentación sobre el ciclo


- Mayor escala y grado de demostración

- Mayores eficiencias y menores costes asociados al ciclo

En función de dichos parámetros, los ciclos más significativos son los que se describen en la

siguiente tabla, los cuales se clasifican en 4 grupos:

Ciclos de la familia del azufre

Pasos Temperatura máxima (ºC) Eficiencia (%)

Sulfúrico híbrido 2 900 (1150 sin catalizador) 43

Sulfur-Iodine 3 900 (1150 sin catalizador) 38

Sulfuro multivalente 1570 35

Ciclos de óxidos metálicos volátiles


Zinc/óxido de zinc 2 2000 45

Cadmio híbrido 1600 42

Carbonato de cadmio 1600 43

Ciclos de óxidos metálicos no volátiles


Óxido de hierro 2 2200 42

Óxido de cerio 2 2000 68

Sodio/manganeso 1560 49

Ferritas 2 1100-1800 43

Ciclos de bajas temperaturas


Híbrido Cobre Clorhídrico 4 530 39

Tabla 4. Ciclos termoquímicos de mayor importancia.[21]

En los siguientes apartados se describen de modo general los grupos de alta temperatura de la

tabla.

3.1 Ciclos de la familia del azufre

La mayoría de estos procesos se basan en la división térmica del ácido sulfúrico en dióxido de

azufre y oxígeno. La descomposición del ácido sulfúrico se realiza cerca del límite máximo de

temperatura de los reactores nucleares de muy alta temperatura y en una atmósfera

corrosiva, lo que constituye los principales problemas para la realización de estos ciclos.

En la actualidad, no existen reactores de muy alta temperatura seguros para este proceso, por

tanto la concentración de energía solar para obtener el calor necesario es la única forma de

realizar estos ciclos. Sin embargo, hoy en día no existe ninguna planta solar destinada a ello.


3.1.1 Ciclo híbrido de azufre (Ciclo de Westinghouse)

Este ciclo consta de dos etapas, las cuales siguen las siguientes reacciones:[24,27,28]

• Etapa 1: consiste en la disocicación del ácido sulfúrico, reacción endotérmica. Esta etapa

se divide en dos subetapas para dicho efecto.

�� ↔ �� 12��

Para obtener los productos de esta reacción se siguen dos subetapas:

�� ↔ �� ∴ � 450º�

�� ↔ �� 12�� ∴ � 800º��,

� 1150º� sin ��

• Etapa 2: la etapa de hidrólisis consiste en la regeneración del ácido sulfúrico a la vez que

se produce el hidrógeno, reacción exotérmica. De forma que se tiene la siguiente

ecuación:

2�� ↔ �� ∴ #�#��ó��%�%80º�

A continuación se muestra un esquema de las etapas del ciclo:

Figura 27. Esquema ciclo híbrido de azufre.

La eficiencia del ciclo de Westinghouse es del 42 %.

Ventajas: es un ciclo con dos etapas en estado fluido. Las propiedades termodinámicas son

conocidas y las reacciones secundarias son mínimas. Se tiene el diseño de ingeniería

completado a nivel de proceso. EL ciclo ha sido probado a escala de laboratorio y demostrado


en el proyecto CRISTINA en una planta piloto. Por otro lado, la etapa de descomposición del

ácido sulfúrico también ha sido demostrada utilizando energía solar en una torre solar.[24]

Inconvenientes: el mayor inconveniente de este ciclo es que como su propio nombre indica es

híbrido de forma que presenta los problemas asociados al proceso electroquímico, se requiere

del sistema eléctrico.[24]

3.1.2 Ciclo I-S (Yodo- Azufre) o General Atomic Process

Este ciclo se desarrolla en tres etapas, una exotérmica y dos endotérmicas, cuyas reacciones

pueden resumirse como:[28]

• Etapa 1: consiste en una reacción exotérmica en fase líquida en la cual se produce ácido

sulfúrico y yoduro de hidrógeno acuoso. Esta reacción se produce a una temperatura

comprendida entre 27 ºC y 127 ºC.

&� � �� 2�� ↔ 2�& �� ∴ ' 120º�(#)��é�+��,

• Etapa 2: consiste en la descomposición del HI a partir del cual se obtiene el hidrógeno.

Esta reacción es endotérmica y se produce a una temperatura entre 127 ºC y 727 ºC.

2�& ↔ &� � �� ∴ ' 350º�(#��é�+��,

• Etapa 3: es la etapa más endotérmica y tiene lugar en fase vapor. Consiste en la

disociación del ácido sulfúrico. Esta etapa se lleva a cabo a una temperatura comprendida

entre 847 ºC y 927 ºC.

�� ↔ �� 12�� ∴ ' 850º�(#��é�+��,

Figura 28. Esquema del ciclo termoquímico I-S.


Estas etapas tienen lugar en reactores separados, sin embargo la reacción de Bunsen, etapa 1,

puede realizarse en paralelo con la descomposición del ácido sulfúrico, etapa 3, evitando así el

almacenamiento de dióxido de azufre. Por otro lado, cabe observar que todos los compuestos,

a excepción del agua son regenerados y reciclados.

La disociación del agua a partir del ciclo termoquímico de I-S con energía solar ha sido

demostrada en el proyecto HYTHEC (2008) en el Centro Aeroespacial de Alemania DLR en

Colonia.

El coste de producción de un kilogramo de hidrógeno mediante este proceso se estima entre 3

y 5 €/kg H2 aunque el punto óptimo en cuanto al coste de producción no coincide con el

óptimo de la eficiencia del proceso, siendo esta del 38 %.[27]

Ventajas: todas las etapas del proceso son en fase fluida. Las propiedades termodinámicas son

conocidas. A nivel de proceso, el diagrama de proceso está completo. El ciclo ha sido operado

a escala de laboratorio en EEUU y algunas partes en Japón. Además, la etapa de

descomposición del ácido sulfúrico también ha sido probada por General Atomics.[24]

3.2 Ciclos termoquímicos óxido de metal volátil

3.2.1 Óxido de Zinc

El ciclo termoquímico de Óxido de zinc/Zinc consta de dos etapas:

- Etapa 1: Consistente en la etapa de reducción del óxido liberando oxígeno, además

dada la volatilidad del óxido, el zinc obtenido pasa a fase gaseosa para la temperatura

a la que se realiza esta etapa, 2000 ºC

.

.��(%, ↔ .�(/, �12��(/, ∴ ~2000º�(#��é�+��,

- Etapa 2: en la etapa de hidrólisis se cierra el ciclo del óxido de zinc y se obtiene el

hidrógeno a una temperatura de 500 ºC.

.�(%, ��(/, ↔ .��(%, ��(/, ∴ ~500º�(#)��é�+��,

Se han llevado a cabo varios ensayos de este ciclo termoquímico en reactores solares,

llegándose a obtener rendimientos energéticos máximos entre el 36 y el 29 %, para

concentraciones solares de 10000 y 5000 soles (1 sol = 1 kW/m2), respectivamente.[29,30]

Ventajas: Varios autores han evaluado detalladamente la etapa de hidrólisis de este ciclo,

observando que la superficie específica del zinc es el factor con mayor influencia en el

desarrollo de la misma. Así, cuando la etapa de hidrólisis se lleva a cabo sobre nanopartículas

de zinc (70-100 nm), el rendimiento de dicha reacción puede alcanzar hasta un 70 % a 750 ºC.


[31] Otra ventaja a mencionar es la abundancia de este elemento, siendo el 23 elemento más

abundante en la superficie terrestre.

Inconvenientes: El mayor problema que presenta este ciclo es la separación y concentración

de los productos obtenidos en la reacción de descomposición del óxido de zinc (Zn y O2), ya

que a la temperatura de esta etapa, entorno a los 2000 ºC ambas especies son gaseosas y

durante el proceso de enfriamiento tienden a recombinarse. En este sentido, se ha

demostrado que esta reacción es heterogénea y en ausencia de centros de nucleación no se

produce. Por ello, se ha estudiado realizar un enfriamiento rápido (quenching) de los

productos de esta reacción. De esta forma se puede evitar su recombinación, aunque este

proceso implica un gasto extra de energía. Otros de los inconvenientes de este ciclo es la

elevada temperatura máxima de la etapa de activación. Por otro lado, este ciclo está limitado

en la etapa de hidrólisis por la regeneración del óxido de zinc en capas.[32,33]

3.2.2 Óxido de cadmio

El ciclo de óxido de cadmio consiste en un ciclo termoquímico de óxido metálico volátil.[26]

Este ciclo consta de dos etapas y tiene muchas similitudes con el ciclo de óxido de zinc.

- Etapa 1: la etapa de activación consiste en la reducción del óxido, esta reacción se

produce a una temperatura de 1450 ºC y se libera cadmio y oxígeno en fase gaseosa.

��(%, ↔ ��(/, �12��(/, ∴ ~1450º�(#��é�+��,

- Etapa 2: la etapa de hibridación tiene lugar a 450 ºC de forma que se hace reaccionar

el cadmio liberado en la etapa anterior en fase sólida con vapor de agua para producir

hidrógeno y cerrar el ciclo del óxido.

��(%, ��(/, ↔ ��(%, �� ∴ ~450º�(#)��é�+��,

La eficiencia teórica de este ciclo es del 59 %, lo que supone una de las eficiencias más

elevadas de los ciclos estudiados. La problemática actual asociada a este ciclo reside en que

todavía no ha sido demostrado. Por ello, es importante conocer la efectividad del quenching

necesaria en este ciclo y los posibles problemas asociados al cadmio.

La principal diferencia de este ciclo con el ciclo de óxido de zinc es la temperatura máxima a la

que tiene lugar la etapa de activación del óxido, siendo en este caso significativamente menor

que en el caso del óxido de zinc. Otra diferencia entre ambos ciclos se corresponde con la

toxicidad del cadmio lo que dificulta su uso. Este fenómeno no ocurre con el zinc.

Ventajas: el ciclo de óxido de cadmio es sencillo y se realiza en dos etapas. La principal ventaja

de este ciclo es sin duda la alta eficiencia del mismo. Por otro lado, destacar la abundancia de

los elementos utilizados en dicho ciclo.


Inconvenientes: tras la etapa de activación ambos productos son gaseosos por lo que durante

el proceso de enfriamiento tienden a recombinarse, por ello al igual que para el ciclo de óxido

de zinc, se realiza un enfriamiento rápido (quenching) de los productos de esta reacción para

evitar su recombinación, aunque esto implica un gasto extra de energía. Otro de los problemas

asociados a este ciclo es la peligrosidad del cadmio, pues en fase gaseosa resulta altamente

tóxico para las personas. Además a altas temperaturas el cadmio puede resultar en pequeña

medida corrosivo. La temperatura máxima a la que se produce la etapa de activación es

relativamente alta, aunque en la actualidad se está estudiando disminuir dicha temperatura

utilizando un gas inerte.

3.3 Ciclos termoquímicos de óxido de metal no volátil

En la actualidad, la producción de hidrógeno termoquímico se basa en los materiales que

actúan como pares redox más eficientes para la disociación del agua. En general, estos ciclos

se realizan en dos pasos y son menos corrosivos que los sulfúricos aunque necesitan

temperaturas más elevadas. Aunque con los sistemas ópticos para concentración solar se

consiguen temperaturas estacionarias por encima de los 3000 K. Estos sistemas 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 no volátil.

Figura 29. Esquema ciclos termoquímicos de óxidos metálicos.[3]

Los ciclos termoquímicos en dos etapas utilizando óxidos metálicos redox conllevan:

- Primera etapa, endotérmica, es la reducción mediante energía solar del óxido metálico

(MxOy). La reducción puede ser al metal o a un óxido metálico de menor valencia.

- Segunda etapa, no requiere de energía solar, en esta etapa se produce la hidrólisis

exotérmica del agua junto con la oxidación del metal, para formar el hidrógeno y el

correspondiente óxido metálico.

Se ha comprobado experimentalmente que la reacción de separación de la molécula del agua

ocurre de forma exotérmica cuando se hace pasar el vapor a través del metal fundido, a

temperaturas superiores a 700 K.


Las principales reacciones son las que se muestran en la figura. Los materiales utilizados para

los pares redox son metales multivalentes (Fe3O4/FeO, Mn3O4/MnO).

La ventaja de producir hidrógeno en dos pasos es que la disociación del agua tiene lugar a

temperaturas inferiores a los 800 ºC aunque la reducción del óxido tiene lugar en

temperaturas comprendidas entre los 1100 ºC y los 1800 ºC.

Estos procesos han sido probados experimentalmente a partir de energía solar concentrada

con los que se alcanzan temperaturas entre los (1300 – 2000) ºC.

Un factor importante a considerar en los procesos termoquímicos es la recuperación de los

reactivos y productos intermedios. Se estima que si por cada ciclo se recupera entre el 99.9% -

99.99% el ciclo es viable, de lo contrario el coste de la producción de hidrógeno aumenta

debido a que hay que reponer los reactivos. Por otro lado, este hecho puede ocasionar

problemas ambientales. La mayor parte de las últimas investigaciones se centran en este

método debido a la gran eficiencia de conversión energética y a que está libre de emisión de

contaminante.

3.3.1 Óxido de Cerio

El ciclo de CeO2/Ce2O3 necesita altas temperaturas, aunque recientemente ha sido demostrado

en una instalación solar a 2000 ºC y a bajas presiones obteniendo un rendimiento del 68 %.

Este ciclo consta de dos etapas en fase sólida.[34]

- Etapa 1: consiste en la fase de oxidación del óxido el cual se encuentra en estado

sólido. Esta etapa se produce a elevada temperatura y a baja presión.

2�#��(%, ↔ �#��(%, �12��(/, ∴ 2000º�; 100 ÷ 200+3��

- Etapa 2: es la etapa de hidrólisis donde el agua se descompone produciendo hidrógeno

y oxidando el óxido para que vuelva a su estado inicial. Esta fase también es sólida y se

produce a una temperatura comprendida entre los 400 y 600 ºC.

�#��(%, � �� ↔ 2�#��(%, � ��(/, ∴ 400 ÷ 600º�

A continuación, en la Figura 30 se muestra un esquema del ciclo termoquímico del óxido de

cerio:


Figura 30. Ciclo termoquímico óxido de cerio.

La etapa de activación de este ciclo ha sido ensayada en un reactor solar, sin embrago, la etapa

de hidrólisis se ha llevado a cabo a escala de laboratorio.

Por otro lado, el cerio se utiliza como catalizador en varios ciclos termoquímicos para la

producción de hidrógeno. Por ejemplo, existen experimentos con difosfato de sodio a 950 ºC

que han obtenido eficiencias del 39 %. Otro estudio de relevancia, es el óxido de cerio con

ácido clorhídrico de Nacional Laboratory Los Alamos aunque en el este caso el ciclo consta de 8

etapas y el rendimiento conseguido es del 54 %.[21]

Ventajas: dado que las etapas se realizan en fase sólida en lecho fijo, las dos etapas del ciclo se

pueden realizar en el mismo reactor, reduciendo así los costes de instalación y mantenimiento.

Por otro lado, este ciclo no contiene sustancias corrosivas y los rendimientos obtenidos son

muy elevados. Otras ventajas de este ciclo son en cuanto las reacciones llevas a cabo que su

cinética es rápida, del orden de minutos, que para dicho ciclo no es necesario realizar un

quenching tras la etapa de reducción y por último, que no existen reacciones secundarias.

Inconvenientes: el mayor inconveniente de este ciclo es la elevada temperatura máxima

necesaria para realizar la etapa de oxidación. Este hecho conlleva dificultades para la selección

de los materiales del reactor capaces de soportar las temperaturas requeridas en un proceso

cíclico.[34,35]

3.3.2 Óxido de hierro

El ciclo de óxido de hierro fue inicialmente propuesto por Nakamura [36] y posteriormente

probado en un horno solar de 2 kW [37], llegándose a alcanzar rendimientos del 54 %.[38] Este

ciclo consta de dos etapas en fase líquida y por tanto se realizan en reactores independientes.

Las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes:

- Etapa 1: Al igual que los ciclos termoquímicos mediante óxidos metálicos de dos

etapas, esta fase consiste en la activación del óxido. Se produce a una temperatura de

2.200 ºC.


5#��(%, ↔ 35#�(�, �12�� ∴ ~2200º�(#��é�+��,

- Etapa 2: se corresponde con la etapa en la que se produce el hidrógeno a una tempera

tura próxima a los 700 ºC. En esta etapa a su vez se oxida el óxido para cerrar el ciclo.

35#�(%, � �� ↔ 5#��(�, � �� ∴ #)��é�+��; < 750º�(#)��é�+��,

El rendimiento de este ciclo es relativamente alto, obteniéndose valores medios del orden del

42 %. Por otro lado, dado que las reacciones se producen en diferentes fases, se requiere de

dos reactores para completar el ciclo.

Ventajas: en este ciclo la producción teórica de hidrógeno es relativamente alta comparada

con otros ciclos. Por otro lado, evita las reacciones de recombinación y la irreversibilidad

asociada a los óxidos volátiles metálicos tales como los óxidos de zinc o cadmio. Además, el

ciclo termoquímico mediante óxido de hierro es el más estudiado y simple según la

literatura.[36]

Inconvenientes: el principal inconveniente asociado a este ciclo es la alta temperatura

requerida en la fase de activación del óxido. Además, otros problemas asociados al óxido son

la rápida desactivación de las partículas de óxido de hierro durante la reacción cíclica, la

sinterización grave y de fusión durante la descomposición térmica de Fe3O4 con fuerte

vaporización.

3.3.3 Sodio/ Manganeso

El ciclo termoquímico de Mn2O3/MnO consta de tres etapas de reacción para conseguir

recuperar los reactivos iniciales y así completar el ciclo. Este ciclo fue propuesto por

Sturzenegger, consiguiendo realizar las tres etapas por debajo de 1600 ºC. Dichas etapas se

describen a continuación: [26]

- Etapa 1: se corresponde con la fase de reducción del Mn2O3, consiste en una reacción

en fase sólida, donde puede incorporarse un gas inerte para arrastrar el oxígeno

liberado durante esta etapa.

8�� ↔ 28�� 12�� ∴ < 1500º�(#��é�+��,

- Etapa 2: se corresponde con la etapa de reacción del vapor con NaOH para producir

hidrógeno.

28�� 29�� ↔ �� 2: − 9�8�� ∴ ~700º�(#)��é�+��,


- Etapa 3: es la etapa de hidrólisis del NaMnO2, implican reacciones líquido-sólido.

2: − 9�8�� ↔ 8�� 29�� ∴ < 100º�

El hecho de que la segunda y tercera etapa del ciclo conlleven reacciones sólido–líquido

implica que dichas etapas no se puedan implementar con facilidad en único reactor solar

conjuntamente con la etapa de reducción del Mn2O3.Por tanto, la única etapa que en la cual la

temperatura necesaria se alcanza por energía solar es la etapa de reducción del óxido de

manganeso.

La eficiencia de este ciclo es del 49 %.

Ventajas: la cinética de este ciclo es rápida, del orden de minutos, temperatura máxima del

ciclo correspondiente a la etapa de activación del óxido de manganeso es relativamente baja y

el rendimiento medio asociado a este ciclo es alto.

Inconvenientes: El principal inconveniente de este ciclo es el efecto corrosivo del NaOH a alta

temperatura en los materiales de construcción. Algunos autores concluyen con que este ciclo

es inviable debido al elevado coste asociado a los materiales necesarios para los reactores

debido al efecto corrosivo del NaOH.

3.3.4 Ferritas

La sustitución parcial de hierro en la magnetita por otros metales da lugar a la formación de

óxidos mixtos (Fe1-xMx)3O4 capaces de reducirse a menor temperatura, para generar productos

(fase reducida) (Fe1-xMx)1-yO capaces de disociar la molécula de agua y producir hidrógeno. Los

principales metales utilizados para la sustitución parcial del hierro son el manganeso, el

magnesio, el cobalto y el níquel. Sin embargo, existen ciertos inconvenientes asociados a esta

técnica como son el necesario quenching de los productos de descomposición, la posible

sinterización de los productos sólidos y que en ocasiones la producción de hidrógeno es baja.

La investigación desarrollada en este tema es bastante extensa, por lo que a continuación se

describen varios de los ejemplos encontrados en la literatura.

Ventajas: se consiguen temperaturas máximas más bajas que para el ciclo de óxido de hierro.

Por otro lado, las eficiencias alcanzadas por las ferritas más estudiadas son elevadas. Aunque

incluyen fases sólidas, estas se presentan en lecho fijo por lo que el arrastre de partículas no

supone un problema.[39]

Inconvenientes: el principal problema de algunas ferritas consiste en el estado de desarrollo,

dado que muchas de ellas se encuentran en fase de investigación, cálculo o escala de

laboratorio.


3.3.4.1 Ferritas de níquel-manganeso

La ferrita cuya fórmula química es Ni0,5Mn0,5Fe2O4, es capaz de generar hidrógeno mediante un

ciclo termoquímico ensayado en un horno solar de 15 kW donde la etapa de descomposición

del óxido se realiza a 1100 ºC temperatura muy inferior a la asociada a esta etapa para el ciclo

de óxido de hierro, 2000 ºC, y la etapa de hidrólisis se realiza a 600 ºC.[40] Cuando esta ferrita

se dopa con exceso de cationes de níquel y manganeso, éstos se distribuyen en los huecos

intersticiales de la estructura de espinela de la ferrita formándose una especie no

estequiométrica de la forma (Ni0,51(1+ε)Mn0,5(1+ε)Fe1,99(1+ε)O4). En este caso, durante la etapa de

descomposición del ciclo termoquímico se libera más oxígeno y por tanto, durante la etapa de

hidrólisis la cantidad de hidrógeno producida es mayor.

3.3.4.2 Ferritas de zinc y manganeso

Se ha estudiado que la mezcla de zinc u óxido de zinc y magnetita (Fe3O4) puede dar lugar a la

obtención de hidrógeno, junto con la formación de la ferrita ZnFe2O4.

- Etapa 1: se corresponde con la descomposición térmica de la ferrita de zinc,

generando oxígeno, Zn/ZnO y magnetita. En esta etapa se completa el

correspondiente ciclo termoquímico. La etapa de activación se produce a una

temperatura superior a 1200 ºC [41,42], siendo este valor inferior al correspondiente

del ciclo de óxido de hierro.

- Etapa 2: consiste en la etapa de hidrólisis, dicha fase se lleva a cabo a una temperatura

comprendida entre 600- 800 ºC. [43]

La etapa de descomposición térmica ha sido estudiada utilizando una lámpara de xenón o un

horno solar acoplado a un concentrador de disco parabólico de 15 kW. [44] A su vez,

dependiendo de las condiciones experimentales utilizadas en esta etapa (atmósfera,

quenching…) se favorece la obtención de zinc o óxido de zinc. Los rendimientos obtenidos en

las etapas de descomposición térmica (obtención de oxígeno) e hidrólisis (obtención de

hidrógeno) son del 67,8 % y 93,4 %, respectivamente, aunque en la actualidad no se ha

probado experimentalmente el ciclo completo.

Las etapas que se llevan a cabo para la producción de hidrógeno a partir de la ferrita

MnFe2O4se describen a continuación:

- Etapa 1: en la etapa de hidrólisis se hace pasar el vapor de agua sobre la mezcla de

óxido de zinc y MnFe2O4 a 1000 ºC. El sólido resultante es una espinela donde iones

Zn2+ y Mn3+ sustituyen a iones Mn2+ y Fe3+, respectivamente, asociada a un pequeño

resto de óxido de zinc. En esta etapa se llegan a obtener conversiones próximas al 60

%.

- Etapa 2: tras una etapa intermedia de purificación de la espinela formada para

eliminar los restos de óxido de zinc, se realiza la posterior etapa de descomposición de

la ferrita donde se genera oxígeno. Esta etapa tiene lugar a 1500 ºC utilizando una


lámpara de xenón como fuente de energía. En esta etapa el zinc se libera de la

espinela formada en la etapa de hidrólisis, recuperándose casi completamente la

ferrita de manganeso original y se deposita sobre la pared del reactor en forma de

óxido de zinc.

Para esta ferrita tampoco ha sido probado experimentalmente el ciclo completo. [45]

3.3.4.3 Ferritas de cobre-aluminio

Las ferritas de cobre-aluminio poseen una estructura tipo espinela que permite producir

hidrógeno a partir de agua.

- Etapa 1: la etapa de descomposición térmica se produce a 1400 ºC, en dicha etapa se

generan vacantes de oxígeno en su estructura, produciéndose así la reducción del

óxido.

- Etapa 2: se corresponde con la etapa de hidrólisis que se produce a una temperatura

comprendida entre los 1000-1400 ºC. En esta etapa, se consigue la generación de

hidrógeno.

Los rendimientos medios después de 4 ciclos, calculados en base al contenido de iones Fe3+ de

la ferrita original, son bastante bajos: 1,6 % en la obtención de oxígeno (rendimiento calculado

en base) y 0,37 % en la producción de hidrógeno. [46]

3.3.4.4 Ferritas de níquel

El ciclo de la ferrita de níquel cuya fórmala es NiFe2O4 están constituidos por una etapa de

descomposición a 1200 ºC en atmósfera de helio donde se genera oxígeno, seguida de una

etapa de hidrólisis a 800 ºC donde se libera el hidrógeno.

Este ciclo es capaz de descomponer la molécula de agua llegando a producir una media de

0,442 cm3 de H2/g de material inicial por ciclo, lo que supone un rendimiento de la reacción de

hidrólisis de un 28 %, considerando la estequiometría de la reacción de disociación de la

molécula de agua. Ferritas de níquel-manganeso (Ni0,5Mn0,5Fe2O4), de cobre y de cobre-

manganeso (Cu0,5Mn0,5Fe2O4) ha sido probadas en las mismas condiciones experimentales sin

dar buenos resultados. [47,47]

Este ciclo ha sido estudiado a escala de laboratorio. En dicho ensayo se descompuso la ferrita

de níquel a 1400 ºC durante 30 minutos y posteriormente la segunda etapa de hidrólisis se

llevo a cabo a una temperatura de 1000 ºC durante 60 minutos. [48] Mediante un estudio por

difracción de rayos X se ha observado que en la etapa de descomposición de la ferrita, parte

de la misma se reduce transformándose en una fase tipo wustita (solución sólida de NiO y

FeO), la cual se vuelve a transformar en la ferrita de partida produciendo una media de 5,8

N·cm3 de H2/g de ferrita por ciclo después de 6 ciclos consecutivos.


3.3.4.5 Ferritas de manganeso y óxido de calcio

Algunos investigadores han obtenido hidrógeno por disociación de agua a partir de una mezcla

de la ferrita de manganeso (MnFe2O4) y al óxido de calcio (CaO) a una temperatura máxima del

ciclo de 1000 ºC.

La producción de hidrógeno se debe a la oxidación de Mn2+ a Mn3+ en la espinela, formándose

un compuesto de tipo Ca3(Fe, Mn)3O8. Varias proporciones de los reactivos iniciales han sido

probadas, llegándose a la conclusión de que para relaciones molares CaO:MnFe2O4 iguales a 3,

se obtiene la máxima cantidad de hidrógeno, dicho valor se corresponde con 17,8 cm3 (25 ºC, 1

atm) de H2/g de mezcla tras inyectar 1 cm3 de agua al sistema, debido a la oxidación de un 2 %

de Mn2+ de la ferrita original. Si se utiliza como ferrita de partida Mn0,5Fe2,5O4, la cantidad de

hidrógeno obtenido en las mismas condiciones experimentales son 21,6 cm3 (25 ºC, 1 atm) de

H2/g de mezcla, debido en este caso a la oxidación de Mn2+ y Fe2+. En este caso, queda por

comprobar si en una posterior etapa de descomposición del sólido Ca3(Fe, Mn)3O8 a alta

temperatura se regenerarían los reactivos originales y se obtendría oxígeno, completando así

el ciclo termoquímico. [49,50]

3.3.4.6 Ferritas de manganeso y carbonato sódico

En 1999 se propuso un ciclo termoquímico basado en la mezcla de ferritas de manganeso y

carbonato sódico cuyo esquema es el siguiente: [49]

28�5#�� 39�� ↔ 69�<8�= ⁄ 5#� ⁄ ?�� 3�� ∴ ~1000º�

69�<8�= ⁄ 5#� ⁄ ?�� 3�� ↔ 28�5#�� 39�� 12�� ∴ ~600º�

El Na(Mn1/3Fe2/3)O2 es un material bastante estable, por lo que la reacción de obtención de

oxígeno genera bajos rendimientos. Recientemente se ha determinado que esta reacción se

produce más favorablemente a temperaturas entre 700 y 800 ºC y a presiones de CO2

superiores a 0,8 atm. [51] Otra de las formas de favorecer dicha reacción, es introducir α-Fe2O3

como reactivo, de tal forma que el ciclo termoquímico completo quedaría según se muestra en

la Figura 31.


Figura 31. Esquema del ciclo termoquímico MnFe2O4-Na2CO3-Fe2O3.

Para este ciclo, se ha determinado que el rendimiento de la reacción de recuperación del α-

Fe2O3 a partir de NaFeO2 es de un 71 % a 600 ºC.

Ventajas: este ciclo en comparación con el ciclo termoquímico de la ferrita aislada presenta

una mayor generación de hidrógeno por gramo de ferrita y una temperatura máxima de

proceso menor.

Inconvenientes: disminuye la eficiencia total, debido al mayor número de etapas y mayor

número de procesos de separación de los productos formados en cada una de las etapas. Otro

de los problemas que presenta este ciclo surge a la hora de separar el dióxido de carbono y el

hidrógeno producidos en la reacción de hidrólisis. Para resolver este inconveniente se ha

observado que la mezcla de MnFe2O4 y Na2CO3 desprende CO2 durante la etapa de hidrólisis

antes de comenzar a inyectar el vapor de agua en el sistema, por lo que se ha propuesto otra

variante de este ciclo en 3 etapas para obtener el dióxido de carbono y el hidrógeno en etapas

diferentes. [52,53]

La variación del ciclo propuesta para evitar la formación de dióxido de carbono e hidrógeno en

la misma etapa se describe a continuación:

8�5#�� 9�� ↔ 9�� @ 8�5#�� ∴ ~700º�

9�� @ 8�5#�� ↔ 9�<8�= ⁄ 5#� ⁄ ?�� ∴ ~700º�

69�<8�= ⁄ 5#� ⁄ ?�� ↔ 28�5#�� 39�� 12�� ∴ ~600º�

Al separar la formación de dióxido de carbono e hidrógeno se evita la pérdida de eficacia

asociada al proceso de separación de los mismos.


3.3.4.7 Ferritas soportadas sobre circona

En los últimos años, la búsqueda de nuevos materiales basados en ferritas para obtener

hidrógeno mediante ciclos termoquímicos se centra en sistemas basados en ferritas donde se

evite su sinterización durante la etapa de activación y se mantenga una producción de

hidrógeno constante a lo largo de muchos ciclos. Uno de los sistemas más desarrollados

actualmente se basa en soportar ferritas sobre distintas matrices como por ejemplo, la

circona.

Se ha desarrollado un ciclo termoquímico basado en ferritas soportadas sobre circona

monoclínica (m-ZrO2) (20 % en peso de ferrita). Estas ferritas se preparan mediante la

calcinación de un precursor sintetizado sobre el soporte de circona (método de co-

precipitación).

- Etapa 1: consiste en la descomposición térmica de la ferrita soportada sobre la circona

en una atmósfera inerte a 1400 ºC, con el correspondiente desprendimiento de

oxígeno.

- Etapa 2: se corresponde con la etapa de hidrólisis, la cual se produce a 1000 ºC. En

esta etapa se genera hidrógeno y se regenera la ferrita original. La presencia de

circona evita la sinterización de los óxidos formados durante la etapa anterior (etapa

de descomposición), debido a la buena dispersión de la ferrita sobre el soporte.

Así, durante la etapa de descomposición, parte de la ferrita se transforma en wustita,

comprobándose que la cantidad de wustita formada está directamente relacionada con la

cantidad de hidrógeno producido en la posterior etapa de hidrólisis.

Por otro lado, la ciclabilidad de sistemas basados en magnetita, ferrita de manganeso, ferrita

de cobalto y ferrita de níquel, todas ellas soportadas sobre m-ZrO2 ha sido probada

experimentalmente.[48,54,55]


Material % m-ZrO2 Nº de ciclos Ncm3 H2/g

por ciclo

Conversión de la ferrita

(%)*

Fe3O4/m-ZrO2 20,0 6 6,4 33

Mn0,36Fe2,64O4/m-ZrO2 17,0 6 4,3 26

Mn0,69Fe2,31O4/m-ZrO2 19,0 6 7,5 41

MnFe2O4/m-ZrO2 19,0 4 5,2 28

Mg0,19Fe2,81O4/m-ZrO2 17,0 4 6,7 40

Mg0,56Fe2,44O4/m-ZrO2 18,8 4 5,7 29

Co0,19Mn0,48Fe2,33O4/m-ZrO2 19,4 6 7,8 42

Co0,39Mn0,10Fe2,51O4/m-ZrO2 16,8 6 4,8 30

Co0,39Mn0,30Fe2,31O4/m-ZrO2 15,7 6 6,6 44

Co0,39Mn0,52Fe2,09O4/m-ZrO2 15,5 6 5,1 34

Co0,56Mn0,16Fe2,28O4/m-ZrO2 18,0 6 7,2 42

Co0,42Fe2,58O4/m-ZrO2 16,7 6 6,2 39

Co0,67Fe2,33O4/m-ZrO2 20,2 6 8,9 46

CoFe2O4/m-ZrO2 20,1 6 9,7 51

NiFe2O4/m-ZrO2 19,2 6 12,2 69

Tabla 5. Producciones de hidrógeno y conversiones de distintas ferritas soportadas sobre m-ZrO2.

*Los valores representados en la Tabla 5 han sido calculados considerando que toda la wustita

formada tras la activación se re-oxida a ferrita durante la hidrólisis.

El sistema basado en ferrita de níquel sobre circona, NiFe2O4 (19,2 % en peso)/m–ZrO2, es el

que presenta mayor rendimiento, en torno a un 69 % de transformación de ferrita en wustita,

llegando a suministrar hasta 12,2 Ncm3 de H2/g de material inicial (ferrita + circona) por ciclo,

después de varios ciclos, frente a los 9,7 Ncm3 obtenidos en el sistema constituido por ferrita

de cobalto sobre circona, CoFe2O4 (20,1 % en peso)/m–ZrO2 donde el rendimiento de la

transformación de ferrita en wustita es del 51 %. [55] En este estudio, se ha probado aumentar

el porcentaje de ferrita soportada sobre m-ZrO2, observando que la cantidad de hidrógeno

obtenida disminuye frente a la obtenida con muestras cubiertas con un 20 % de ferrita. Esto

podría deberse a que una mayor cantidad de ferrita existente sobre la superficie del soporte

provocaría la sinterización de la fase wustita formada durante la etapa de activación y la

consiguiente desactivación de la ferrita. Todos estos ensayos han sido realizados en un reactor

de lecho fijo construido en un laboratorio. [48]

El ciclo termoquímico Fe3O4 (20 % en peso)/m-ZrO2 ha sido ensayado a escala de laboratorio,

realizando la activación a temperaturas entre 1400 y 1600 ºC, seguida de un quenching de la

muestra en nitrógeno líquido. De los resultados obtenidos se ha deducido que la

transformación de magnetita en wustita aumenta en función de la temperatura de activación,

de tal forma que a 1600ºC se obtiene una conversión media del 60 %. La ciclabilidad de este

material es buena, ya que la cantidad de hidrógeno producida se mantiene constante a lo largo

de varios ciclos. La muestra activada a 1600 ºC es capaz de generar una media de 10,8 Ncm3 de

H2/g por ciclo. [56]


También se han realizado ensayos del ciclo termoquímico a partir del sistema NiFe2O4/m-ZrO2,

llevando a cabo la reacción de activación en un reactor solar de lecho fluidizado de circulación

interna con tubo de aspiración, utilizando una lámpara de arco de xenón de 6 kW como

simulador de la radiación solar. En estas condiciones, la conversión de ferrita en wustita

durante la etapa de activación es de un 44 % para 30 minutos de irradiación. En este mismo

sistema se ha estudiado el efecto del tamaño de partícula del material estudiado y de la

temperatura de precalentamiento aplicada, observándose que la eficacia de esta reacción

aumenta con la disminución del tamaño de partícula del material introducido y aplicando una

mayor temperatura de precalentamiento al sistema. [57]

En otros estudios se ha sustituido la circona monoclínica utilizada como soporte, por circona

estabilizada con itrio (YSZ, yttriumstabilizedzirconia), observándose un nuevo mecanismo de

reacción, donde el hierro se introduce en la estructura, cúbica en este caso, del soporte de YSZ,

evitándose la formación de wustita y por tanto la sinterización de la muestra. Además, este

mecanismo de reacción depende de la cantidad de óxido de itrio (Y2O3) contenido en la

circona. Así, para contenidos en óxido de itrio de hasta 8 % molar, lo que sucede es que parte

del Fe2+ de la magnetita se incorpora a la red cúbica de la circona, regresando a su posición

inicial en la ferrita durante la etapa de hidrólisis.

)35#�� A�. ↔ 5#B�CA�. �

)6�� ∴ ~1400º�

5#B�CA�. �)3�� ↔

)35#�� A�. �

)3�� ∴ ~1000º�

Sin embargo, si el contenido en óxido de itrio en la circona es superior al 8 % molar, lo que

sucede es que el exceso de óxido de itrio estabiliza el Fe3+ en la circona durante la etapa de

hidrólisis del primer ciclo, de manera que en los ciclos sucesivos durante la etapa de

descomposición el Fe3+ se reduce a Fe2+ y en la etapa de producción de hidrógeno el Fe2+

formado se oxida a Fe3+ permaneciendo en el soporte de YSZ.[58]

)35#�� A�. ↔ 5#B�CA�. �

)6�� ∴ ~1400º�

5#B�CA�. �)3�� ↔5#BCA�.�B �⁄ �

)2�� ∴ ~1000º�

5#BCA�.�B �⁄ ↔5#B�CA�. �)4�� ∴ ~1400º�

El grupo de Kodama [59] ha comparado la eficacia en la producción de hidrógeno y la

ciclabilidad de magnetita soportada sobre m-ZrO2 y sobre YSZ con un contenido igual o mayor

al 8 % molar de Y2O3. Tras realizar los ensayos de los ciclos termoquímicos en un reactor

construido en el laboratorio y a partir de material particulado, se deduce que la magnetita

soportada sobre m-ZrO2 genera mayores volúmenes de hidrógeno por ciclo (7,5-8 N·cm3 de

H2/g de material en el primer ciclo, 35 % de conversión de ferrita inicial) que la soportada

sobre YSZ (5,5-6 N·cm3 de H2/g de material en el primer ciclo, 30 % de conversión de ferrita

inicial). Sin embargo, este último sistema presenta una mejor ciclabilidad, ya que la cantidad

de hidrógeno producida permanece constante, mientras que en el sistema de magnetita

soportada sobre m-ZrO2, la cantidad de hidrógeno disminuye al aumentar el número de ciclos.


Los tiempos de reacción son de 30 y 60 minutos para las etapas de activación e hidrólisis,

respectivamente.

Para mejorar el sistema descrito en el párrafo anterior se han ensayado ciclos termoquímicos

sobre soluciones sólidas de magnetita y YSZ preparadas por el método de co-precipitación y

por el método cerámico. Los materiales preparados por el método de co-precipitación forman

una solución sólida de estructura cúbica cuando el contenido de iones hierro es menor del 15

% molar del total de cationes de la muestra (Fe3+, Zr4+ y Y3+) y los preparados por el método

cerámico forman una solución sólida de estructura cúbica cuando el contenido de hierro es

inferior a 20 % molar. Estos sistemas se ensayan en un reactor de lecho fluidizado construido

en el laboratorio a 1350 ºC durante 2 minutos (etapa de activación) y a 1000 ºC durante 5

minutos (etapa de hidrólisis). Los materiales preparados por el método de co-precipitación

generan oxígeno de forma proporcional al contenido en hierro hasta un máximo del 15 %. De

todos ellos, el que más cantidad de hidrógeno genera es el que contiene un 15 % de Fe, el cual

produce 1,2 mL O2/g y 0,91 mL H2/g por ciclo. Para los sistemas que contienen un 20% de Fe, el

preparado por co-precipitación genera 0,80 mL O2/g y 0,59 mL H2/g por ciclo, mientras que el

preparado por el método cerámico genera 0,82 mL O2/g y 0,92 mL H2/g por ciclo, siendo la

relación H2/O2 mayor en este último caso[60]. Este mismo sistema ha sido preparado con

ferrita de níquel utilizando el método cerámico, de tal forma que el material ensayado en

ciclos termoquímicos tiene una relación (Ni, Fe):Zr de 0,26:1. Tras realizar 10 ciclos seguidos a

1500 ºC durante 2 minutos para la etapa de activación y 1200 ºC durante 5 minutos para la

etapa de hidrólisis, se obtiene una media de 1,9 cm3 de O2/g y 3,8 cm3 de H2/g por ciclo, siendo

la relación H2/O2 estequiométrica, considerando la estequiometría de la reacción de

disociación del agua. Además mediante DRX se observa que este material no sufre cambios en

su estructura a lo largo de los ciclos.

También ha sido probado soportar el sistema de Fe3O4/YSZ (8 % molar de Y2O3) sobre un disco

de espuma de circona parcialmente estabilizada con magnesio (MPSZ), de forma que al realizar

los ensayos de ciclos termoquímicos se evita el tener que moler la muestra entre reacción y

reacción. Este nuevo sistema ensayado a escala de laboratorio genera una media de 2,7 N·cm3

de H2/g de disco por ciclo después de 13 ciclos (30-35 % de conversión de ferrita), valor

aceptable considerando la poca cantidad de magnetita que contiene el sistema (7,7 % en

peso). El principal inconveniente de utilizar el disco de espuma de MPSZ, es la baja resistencia

al choque térmico, lo que provoca su ruptura tras ensayar 13 ciclos termoquímicos

consecutivos. En este caso la etapa de activación se realiza a 1400-1450 ºC durante 30-60

minutos y la hidrólisis se realiza a 1100 ºC durante 80 minutos. En experimentos posteriores,

se han preparado discos de MPSZ con un contenido total de 4,0; 6,9 y 10,5 % en peso de Fe3O4

en forma de Fe3O4/YSZ de tal forma que, al aumentar la cantidad de magnetita por sistema

aumenta la cantidad de hidrógeno por ciclo obtenida y el número de ciclos que soporta el

disco. Además, en todos los casos se observa que la cantidad de hidrógeno por ciclo oscila

mucho durante los 11 primeros ciclos y es constante durante los ciclos siguientes. Así, el

sistema con un 10,5 % en peso de Fe3O4 genera una media de 2,3 N·cm3 de H2 /g de disco y por

ciclo, a partir del 12º ciclo, lo que supone un 20-27 % de conversión de la magnetita. Este disco

se fractura después de 32 ciclos. [58]


3.3.5 Ciclo cobre clorhídrico híbrido

Este ciclo termoquímico consta de 4 etapas, las cuales se muestran a continuación: [21]

2�D(%, � 2��(/, ↔ 2�D��(�, ��(/, ∴ ~(430 − 475,º�

4�D��(%, ↔ 2�D��(�E, � 2�D(%, ∴ #�#��EDí+��(25 − 75,º�

2�D��(%, ��(/, ↔ �D�)�D��(%,� 2��(/, ∴ ~(350 − 400,º�

�D�)�D��(%, � 2�D��(%, ↔ 2�D��(%, �12��(/, ∴ ~530º�

Consiste en tres reacciones térmicas en las que se generan hidrógeno, oxígeno y cloruro de

hidrógeno y un paso electroquímico en el que el cloruro de cobre (I) se descompone en metal

y cloruro de cobre (II). El oxígeno se produce a partir del oxicloruro de cobre entre 450 y 530 º

C, que es la mayor temperatura necesaria para este ciclo. La eficiencia ideal del ciclo está entre

41-43%.

El Laboratorio Nacional de Argonne ha completado recientemente una simulación en el

software ASPEN para realizar estudios de sensibilidad. Ciclo termoquímico híbrido para la

descomposición del agua fue propuesto e investigado experimentalmente por el Laboratorio

Químico Nacional de la Industria de Japón hasta 1975.

El ciclo de cloruro de cobre es uno de los ciclos de baja temperatura más prometedores.

Actualmente, se hace necesarios los estudios experimentales de las reacciones químicas para

verificar la viabilidad práctica y para evaluar la cinética de las reacciones.

Ventajas: la principal ventaja de este ciclo es la baja temperatura máxima junto con la

relativamente alta eficiencia. Por otro lado, los materiales activos en el ciclo son baratos y

abundantes.

Inconvenientes: en primer lugar, el uso de exceso de agua de hidrólisis puede ser mitigado por

el funcionamiento de baja presión del reactor, pero esto supone un gasto más de energía. En

segundo lugar, la mezcla acuosa de CuCl y CuCl2 debe ser procesada para separar estas, se han

identificado varias opciones de separación pero ninguna ha sido probada todavía.


A continuación, en la Tabla 6 se muestra un cuadro resumen donde se esquematizan los principales parámetros comentados en el apartado con el fin de

tener una idea generalizada del número de etapas, temperaturas máximas de operación, eficiencias, número mínimo de equipos necesarios y fase y

corrosión de los compuestos de ciclo.

Nº

Etapas

Temperatura

Máxima (ºC)

Eficiencia

(%)

Coste

(€/kg H2)

Nº

Equipos Fases Corrosión Referencias

Ciclo Híbrido de Azufre (Westinghouse) 2 900 42% 3,9 - 5,6 2 fluido sí [24,27,28]

Ciclo I-S (Yodo-Azufre) 3 850 38% 3,0 - 5,0 3 fluido sí [24,27,28]

Zinc/Óxido de Zinc 2 2000 29-36 % 5 -14,75 2 fluido/sólido no [29-33]

Óxido de Cadmio 2 1450 59% 2 fluido/sólido tóxico [26]

Óxido de Hierro 2 2200 42% 2 líquido no [36,38,61]

Óxido de Cerio 2 2000 68% 1 sólido fijo no [34,35,62]

Sodio/Manganeso 3 1560 49% 3 fluido/sólido si [26]

Ferritas 2 1100-1800 43% 1 fluido/sólido no [39-59]

Híbrido Cobre/Clorhídrico 4 530 39% 4 acuoso si [21]

Tabla 6. Resumen de los principales parámetros de los ciclos termoquímicos estudiados.

3 producciÓn de hidrÓgeno mediante...

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