Cicle sofre-yodo

El cicle sofre-yodo (cicle S-I) és un cicle termoquímico de tres etapes utilisat per a produir hidrogen.

El cicle S-I consta de tres reaccions químiques el reactant net de les quals és l'aigua i els productes nets de la qual són l'hidrogen i l'oxigen. Tots els demés productes químics es reciclen. El procés S-I requerix una font eficient de calor.

Descripció del procés

		H2O				½ O2
		↓				↑
I2	→	Reacció 1	←	SO2 + H2O	←	Separat
↑		↓				↑
2 HI	←	Separat	→	H2SO4	→	Reacció 2
↓
H2

Les tres reaccions combinades per a produir hidrogen són les següents:

I₂ + SO₂ + 2 H₂O ^{- calor}→ 2 HI + H₂SO₄ (120 °C (250 °F)) (reacció de Bunsen).

A continuació, el HI se separa per destilació o separació gravítica líquit/líquit.

2 H₂SO₄ ^{+ calor}→ 2 SO₂ + 2 H₂O + O₂ (830 °C (1.530 °F))

L'aigua, el SO₂ i l'H₂SO₄ residual deuen separar-se del subproducte oxigen per condensació.

2 HI + calor → I₂ + H₂ (450 °C (840 °F))

El yodo i qualsevol aigua o SO₂ que ho acompanye se separen per condensació, i el producte hidrogen permaneix com a gas.

Reacció neta: 2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Els composts de sofre i yodo es recuperen i reutilisen, d'ahí la consideració del procés com un cicle. Este procés S-I és una màquina química de calor. La calor entra en el cicle en les reaccions químiques endotèrmiques d'alta temperatura 2 i 3, i la calor ix del cicle en la reacció exotèrmica de baixa temperatura 1. La diferència entre la calor que entra i el que ix del cicle ho fa en forma de calor de combustió de l'hidrogen produït.

Característiques

Ventages

• Procés totalment decorregut (líquits, gasos), per lo que és molt adequat per a la producció contínua
• Alta eficiència tèrmica prevista (al voltant del 50%)
• Sistema completament tancat sense subproductes ni efluents (aparte d'hidrogen i oxigen)
• Apte per a la seua aplicació en fonts de calor solars, nuclears i híbrides (p. eix., solar-fòssil), si es poden alcançar temperatures suficientment altes
• Més desenrollats que els processos termoquímicos competidors
• Escalable des d'una escala relativament chicoteta fins a aplicacions enormes
• Sense necessitat de catalisadors o aditius cars o tòxics.
• Més eficient que la electrólisis de l'aigua (70-80% d'eficiència) utilisant electricitat derivada d'una central tèrmica.
• Calor residual apta per a calefacció urbana si es desija la cogeneración

Desventages

• Es requerixen temperatures molt elevades (a lo manco 850 °C), inalcançables o difícils de conseguir en els actuals reactors d'aigua a pressió o l'energia solar concentrada.
• S'utilisen reactius corroents com a intermediaris (yodo, diòxit de sofre, àcit hidriódico, àcit sulfúric); per lo tant, es necessiten materials alvançats per a la construcció dels aparats de procés
• Es requerix un desenroll adicional significatiu per a que siga viable a gran escala
• En l'interval de temperatures propost, les centrals tèrmiques alvançades poden alcançar eficiència (producció elèctrica per aporte de calor) superiors al 50%, lo que anula en certa mida la ventaja de l'eficiència.
• En cas de fuga, es lliberen al mig ambient substàncies corroents i alguna cosa tòxiques, entre elles yodo volàtil i àcit yodhídrico.
• Si es va a utilisar hidrogen per a generar calor en el procés, les altes temperatures requerides fan que els beneficis en comparació a l'us directe de la calor siguen qüestionables.

• Impossibilitat d'utilisar fonts d'energia no tèrmiques o tèrmiques de baixa calitat, com l'energia hidroelèctrica, l'energia eòlica o la major part de l'energia geotèrmica disponible en l'actualitat.