Ciclo zolfo-iodio

Il ciclo zolfo-iodio (ciclo S-I) riguarda una serie di processi termochimici utilizzati per la produzione di idrogeno.

Il ciclo S-I consiste di tre reazioni chimiche nelle quali il reagente principale è l'acqua e i prodotti finali sono l'idrogeno e l'ossigeno. Gli altri agenti chimici vengono riciclati. Il processo S-I richiede una efficiente fonte di calore.

Descrizione del processo

Le tre reazioni che producono idrogeno sono le seguenti:

1. I₂ + SO₂ + 2 H₂O → 2 HI + H₂SO₄ (120 °C)
   • L'HI viene poi separato per distillazione. Notare che H₂SO₄ concentrato può reagire con HI, risultando in I₂, SO₂ e H₂O (reazione inversa). Molti processi chimici sono reazioni reversibili, come la produzione di ammoniaca da N₂ e H₂, rimuovere il prodotto sposta l'equilibrio della reazione a destra. Questa reazione è talvolta conosciuta come reazione di Bunsen.
2. H₂SO₄ → SO₂ + H₂O + ½O₂ (830 °C)
   • L'acqua, l'SO₂ e il residuo H₂SO₄ devono essere separati dall'ossigeno per condensazione.
3. 2 HI → I₂ + H₂ (450 °C)
   • Lo iodio e l'acqua o il biossido di zolfo (SO₂) sono separate per condensazione, e come prodotto rimane l'idrogeno gassoso.

Reazione netta: H₂O → H₂ + ½O₂

I composti dello zolfo e dello iodio sono recuperati e riutilizzati, da cui la concezione del processo come un ciclo. Tale ciclo è un motore chimico a calore. Il calore entra nel ciclo nelle reazioni chimiche 2 e 3 (ad alte temperature e endoenergetiche) ed esce dal ciclo nella reazione 1 (a bassa temperatura ed esoenergetica). La differenza tra calore entrante e uscente dal ciclo esce dal ciclo sotto la forma del calore di combustione dell'idrogeno prodotto.

Ricerca

Il ciclo S-I fu elaborato negli anni settanta alla General Atomics. L'Agenzia Giapponese per l'Energia Nucleare (JAEA) ha condotto con successo esperimenti con il ciclo S-I con l'intento di usare i reattori nucleari di IV generazione ad alte temperature per produrre idrogeno. I piani sono stati elaborati per testare sistemi automatizzati su larga scala per la produzione di idrogeno (Nuclear Hydrogen, o NuH2). Con il benestare di un'Iniziativa Internazionale di Ricerca sull'Energia Atomica (INERI), la CEA francese, la General Atomics e la Sandia National Laboratories stanno sviluppando congiuntamente il ciclo zolfo-iodio. Ulteriori ricerche si stanno svolgendo nell'Idaho National Laboratory, INL e l'Argonne National Laboratory, ANL in USA, in Canada, Corea ed Italia.

Economia ad idrogeno

Il ciclo zolfo-iodio è stato proposto come un modo per produrre idrogeno per un'economia basata sull'idrogeno stesso. Con un'efficienza approssimabile al 50% è più efficiente dell'elettrolisi, e non richiede idrocarburi come gli attuali metodi di steam reforming ma richiede calore dalla combustione, reazioni nucleari, o concentratori di calore solare. Sono necessarie considerevoli ulteriori ricerche prima che il ciclo zolfo-iodio possa divenire una via praticabile per l'idrogeno. I primi reattori di IV generazione sono infatti attesi per il 2030 circa..

Bibliografia

• 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).
• Barbarossa, Caputo et alii, "Sviluppo di processi di produzione di idrogeno dall'acqua mediante cicli termochimici alimentati da energia solare" (PDF). ENEA, Sezione ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 2/2009

Voci correlate

• Elettrolisi ad alta temperatura

Collegamenti esterni

• Idrogeno: La produzione di idrogeno da energia solare Archiviato il 21 gennaio 2012 in Internet Archive. (in Eccellenze ENEA 2008)