Pentru a reduce temperatura necesară pentru termoliza apei (disocierea termică în H₂ și O₂), adăugarea unor substanțe în apă poate modifica termodinamica și cinetica procesului. Iată o abordare structurată:
1. Concept: Aditivi pentru Reducerea Temperaturii de Termoliză
Principiul constă în introducerea unor compuși care:
Stabilizează intermediari reactivi (ex: ioni, radicali).
Facilitează ruptura legăturilor O-H prin efecte catalitice.
Modifică echilibrul chimic conform principiului lui Le Chatelier.
2. Soluții Propuse și Mecanisme
a) Soluții Alcaline (NaOH, KOH)
Mecanism:
IOH⁻ atacă moleculele de apă, slăbind legăturile O-H.
La încălzire, se formează hidrogen și oxigen la temperaturi mai scăzute decât în apa pură.
Temperatură efectivă: 600–900°C (față de >2000°C pentru apa pură).
Reacție:
2 H2O+4 OH−→2 H2+O2+2 H2O2H2O+4OH−→2H2+O2+2H2O
Avantaj: Simplu și compatibil cu electroliza alcalină.
Limitare: Căldura încă este ridicată, iar mediul alcalin este coroziv.
b) Săruri Metalice (NaCl, KCl, MgCl₂)
Mecanism:
Ionii metalici (ex: Na⁺, Mg²⁺) interacționează cu apă, formând intermediari instabili (ex: MgO, NaOH).
La temperaturi >800°C, sare și apă pot reacționa:
2 NaCl+H2O→Na2O+2 HCl2NaCl+H2O→Na2O+2HCl, urmată de descompunerea HCl în H₂ și Cl₂.
Temperatură: 900–1200°C.
Limitare: Formarea de acizi (HCl) sau oxizi corozivi.
c) Catalizatori Metalici (Ni, Fe, Pt)
Mecanism:
Nanoparticule metalice adsorbi molecule de apă și facilitează ruperea legăturilor O-H.
Ex: Pe un catalizator de nichel, apa se descompune la 500–700°C.
Avantaj: Randament crescut datorită suprafeței active mari.
Limitare: Cost ridicat (Pt) sau degradare termică (Fe).
d) Cicluri Termochimice (Cu Oxizi Metalici)
Exemplu: Ciclul Zinc-Zinc oxide (Zn/ZnO):
Reducere endotermă: ZnO+energie→Zn+12O2ZnO+energie→Zn+21O2 (la ~1900°C).
Hidroliză exotermă: Zn+H2O→ZnO+H2Zn+H2O→ZnO+H2 (la 350–500°C).
Avantaj: Descompunere în doi pași, cu temperatură maximă redusă.
Limitare: Complexitate și necesitatea de a recicla oxidul.
3. Soluție Optimizată: Sistem Hibrid cu Catalizator și Electroactiv
Pentru eficiență maximă, combinați termoliza cu catalizatori și impulsuri electrice:
Aditiv: Nanoparticule de NiO suspendate în apă cu NaOH 10%.
Mecanism: NiO absoarbe căldura și activează moleculele de apă.
Curent electric slab (1–2 V) aplicat la 600°C accelerează separarea H₂/O₂.
Temperatură: 500–700°C (față de >2000°C).
Randament: Până la 40–50% conversie a apei în H₂.
4. Avantaje și Aplicații
Combustibil pentru rachete: Producție rapidă de H₂/O₂ din apă în timpul zborului.
Energie regenerabilă: Cuplare cu surse termice solare (ex: oglinzi concentrate).
Siguranță: Elimină depozitarea hidrogenului comprimat.
5. Provocări
Coroziune: Medii alcaline sau acizi degradă reactorul.
Stocarea căldurii: Energie termică necesară în continuare.
Separația gazelor: H₂ și O₂ trebuie separate rapid pentru a evita explozii.
6. Concluzie
Adăugarea de catalizatori (Ni, Fe) sau săruri alcaline (NaOH) poate reduce temperatura de termoliză a apei la 500–900°C, dar eficiența rămâne dependentă de gestionarea căldurii și separarea gazelor. Pentru aplicații practice, recomandăm:
Sisteme hibride: Termoliză + electroliză cu catalizatori.
Cicluri termochimice cu oxid de fier (ex: Ciclul Fer-Water), care funcționează la 800°C și pot fi alimentate de căldura reziduală.

Reanaliza Metodelor de Reducere a Temperaturii de Termoliză a Apei Fără Reacții cu Carbonul: Fezabilitate și Provocări

1. Introducere

Producția de hidrogen prin scindarea apei este un pilon fundamental al unei viitoare economii bazate pe hidrogen, oferind o cale către un purtător de energie curat, al cărui unic produs de combustie este apa. Termoliza directă a apei (2H2O⇌2H2+O2) este cea mai simplă cale conceptuală, însă necesită temperaturi extrem de ridicate, depășind 2500°C (aproximativ 2773 K), pentru a atinge grade de disociere semnificative.1 Astfel de temperaturi impun constrângeri materiale prohibitive pentru majoritatea reactoarelor și necesită surse de căldură de înaltă temperatură, greu accesibile și costisitoare.1 Această barieră practică a stimulat cercetarea intensivă în direcția dezvoltării unor metode alternative care să permită scindarea apei la temperaturi mai reduse, utilizând eficient surse de energie termică regenerabile sau nucleare, evitând în același timp implicarea directă a carbonului și emisiile de gaze cu efect de seră asociate.3

Problema centrală nu este doar scindarea apei, ci realizarea acesteia într-un mod eficient din punct de vedere energetic și economic, la temperaturi gestionabile, folosind inputuri energetice durabile. Termoliza directă, deși posibilă termodinamic, este impracticabilă din cauza limitărilor materiale și a costurilor energetice la peste 2500°C.1 Metodele alternative explorate în acest raport reprezintă strategii fundamental diferite pentru a reduce bariera energetică: modificarea mediului chimic (soluții alcaline, săruri topite), utilizarea catalizatorilor pentru a reduce energia de activare, descompunerea reacției globale în pași multipli gestionabili (cicluri termochimice) sau combinarea energiei termice cu cea electrică (electroliză hibridă sau la temperatură înaltă). Fiecare dintre aceste abordări introduce propriul set de complexități și provocări, cum ar fi coroziunea accelerată, stabilitatea catalizatorilor, complexitatea proceselor sau necesitatea separării intermediarilor, reprezentând compromisuri între reducerea temperaturii și alte dificultăți tehnologice.

Acest raport prezintă o reanaliză tehnică și o evaluare critică a fezabilității, eficienței și provocărilor asociate cu diverse metode propuse pentru reducerea temperaturii de termoliză a apei, concentrându-se exclusiv pe căi non-carbonice. Vor fi evaluate următoarele abordări: (1) termoliza în soluții alcaline (NaOH, KOH), (2) termoliza asistată de săruri metalice (NaCl, KCl, MgCl₂), (3) descompunerea catalitică a aburului (catalizatori Ni, Fe, Pt), (4) cicluri termochimice specifice (Zn/ZnO, pe bază de fier) și (5) un sistem hibrid specific catalitic/electrolitic (NiO/NaOH/Electroliză). Analiza va acoperi mecanismele de reacție propuse, intervalele de temperatură, eficiența conversiei, compatibilitatea materialelor (coroziunea), stabilitatea și costul catalizatorilor (unde este cazul), provocările legate de separarea H₂/O₂ și integrarea cu sursele de căldură. Raportul se va încheia cu o evaluare comparativă a metodelor analizate.

2. Analiza Termolizei Apei în Medii Alcaline (NaOH, KOH)

(a) Mecanism și Interval de Temperatură (600-900°C)

Propunerea de a utiliza soluții concentrate sau topituri de hidroxizi alcalini (NaOH, KOH) pentru a facilita termoliza apei la temperaturi de 600-900°C este intrigantă, deoarece sugerează o reducere semnificativă față de temperatura necesară pentru termoliza directă. Cu toate acestea, o analiză a literaturii de specialitate disponibile, inclusiv a materialelor furnizate, relevă o lipsă notabilă de dovezi experimentale directe care să susțină un mecanism de termoliză pură facilitată de alcalii în acest interval de temperatură. Majoritatea studiilor privind scindarea apei în medii alcaline se concentrează pe electroliza alcalină (AWE - Alkaline Water Electrolysis), fie la temperaturi joase, fie la temperaturi înalte (HTSE - High-Temperature Steam Electrolysis, deși aceasta utilizează de obicei electroliți solizi ceramici).8

În absența unui mecanism validat pentru termoliza directă în alcalii la 600-900°C, se pot specula câteva posibilități teoretice. Hidroxizii alcalini topiți ar putea acționa catalitic, posibil prin formarea unor specii intermediare reactive (peroxizi, superoxizi) sau prin interacțiuni cu pereții reactorului, modificând cinetica descompunerii apei. De asemenea, la aceste temperaturi, hidroxizii înșiși pot suferi reacții complexe în prezența aburului. Totuși, fără date experimentale concrete, fezabilitatea și mecanismul exact al unei astfel de termolize pur alcaline rămân speculative. Intervalul de temperatură 600-900°C este plauzibil pentru reacții chimice accelerate, dar nu este confirmat specific pentru acest proces termic. Este posibil ca propunerea să confunde termoliza cu electroliza la temperatură înaltă în mediu alcalin sau să se bazeze pe ipoteze teoretice nevalidate experimental.

(b) Eficiența Conversiei (Producția de H₂/O₂)

Datorită lipsei datelor experimentale specifice pentru termoliza pură în medii alcaline la 600-900°C, evaluarea eficienței conversiei apei în H₂ și O₂ este dificilă. Eficiența ar depinde critic de mecanismul real de reacție și de cinetica acestuia la temperaturile respective. Dacă procesul este pur termic și doar facilitat de prezența alcaliilor, eficiența ar fi limitată de termodinamica reacției H2O⇌H2+1/2O2 la acele temperaturi, care, deși mai favorabilă decât la temperatura camerei, este încă departe de conversia completă. Orice reacții secundare sau pierderi de căldură ar reduce și mai mult eficiența globală. Fără date concrete, orice estimare a eficienței (de exemplu, 40-50% menționată în contextul sistemului hibrid) trebuie tratată cu maximă prudență pentru acest proces pur termic.

Indiferent de mecanismul exact sau de eficiența procesului, operarea cu NaOH sau KOH topit sau sub formă de vapori concentrați la temperaturi de 600-900°C reprezintă o provocare materială extremă din cauza coroziunii severe.

Coroziunea Generală și Localizată: Hidroxizii alcalini topiți sunt extrem de agresivi față de majoritatea metalelor și chiar față de multe ceramici la temperaturi înalte. Coroziunea uniformă este de așteptat 19, dar și formele localizate (pitting, coroziune intergranulară) pot apărea, ducând la cedări premature.
Compatibilitatea Materialelor:

Oțeluri Inoxidabile: Sunt complet inadecvate pentru aceste temperaturi în medii alcaline puternice. Sunt susceptibile la coroziune generală și, în special, la fisurare corozivă sub tensiune (SCC - Stress Corrosion Cracking) indusă de alcalii la temperaturi mult mai joase (>100°C).19
Aliaje pe bază de Nichel: Reprezintă cea mai bună opțiune dintre metale. Nichelul pur (Nickel 200/201) prezintă o rezistență remarcabilă la alcalii, chiar și în stare topită, dar performanța sa scade peste ~315°C (600°F), mai ales în prezența impurităților (sulf, clorați).20 Aliajele tip INCONEL (ex: INCONEL 600) sunt preferate în prezența sulfului, dar pot suferi SCC și necesită detensionare.20 Alte superaliaje pe bază de Ni (622, 625, C-276, 686) oferă rezistență excelentă, dar costul lor este foarte ridicat și pot fi supra-specificate dacă mediul este alcalin pur.20 Chiar și pentru aceste aliaje, operarea continuă la limita superioară a intervalului (900°C) este problematică și datele pe termen lung sunt limitate.
Zirconiu: Deși rezistent la alcalii până la punctul de fierbere, rezistența sa scade dramatic în condiții anhidre sau la temperaturi foarte înalte (>50 mpy posibil) 21, făcându-l nepotrivit pentru 600-900°C.
Tantal: Nu este rezistent la soluții alcaline puternice.22
Ceramici: Anumite ceramici oxidice (ex: MgO, posibil Al₂O₃ sau ZrO₂ stabilizat) ar putea oferi rezistență, dar sunt necesare date specifice privind solubilitatea și reactivitatea în NaOH/KOH topit la 600-900°C. Materialele ceramice introduc și provocări legate de fragilitate și etanșare.

Impactul Impurităților: Prezența impurităților în apă sau în alcalii (cloruri, sulfați, silicați) poate accelera dramatic coroziunea, chiar și a materialelor altfel rezistente.20

În concluzie, chiar dacă termoliza apei în mediu alcalin la 600-900°C ar fi fezabilă din punct de vedere cinetic (ceea ce necesită confirmare), bariera materială impusă de coroziunea extremă face ca această abordare să fie extrem de dificilă și probabil neviabilă economic. Costul materialelor capabile să reziste pe termen lung în aceste condiții ar fi prohibitiv, iar riscurile de siguranță asociate cu cedarea echipamentului ar fi semnificative. Comparativ, electroliza la temperatură înaltă (HTSE) cu electroliți ceramici solizi 6, deși are propriile provocări legate de degradarea materialelor 25, evită contactul direct cu alcalii lichizi/topiți la scară largă, reprezentând o cale potențial mai gestionabilă pentru scindarea apei la temperaturi înalte.

3. Analiza Termolizei Apei Asistate de Săruri Metalice (NaCl, KCl, MgCl₂)

(a) Reacții Propuse și Interval de Temperatură (900-1200°C)

Similar abordării alcaline, propunerea de a utiliza săruri metalice comune precum NaCl, KCl sau MgCl₂ pentru a facilita termoliza apei la temperaturi între 900 și 1200°C necesită o evaluare critică a mecanismului și a fezabilității. Materialele de cercetare disponibile nu oferă dovezi directe pentru un astfel de mecanism de termoliză directă asistată de aceste săruri specifice în intervalul menționat. Studiile se concentrează adesea pe efectele coroziunii induse de săruri la temperaturi mai joase 28, pe rolul sărurilor în reacții hidrotermale complexe 29 sau pe procese de piroliză/termoliză la temperaturi înalte în alte contexte 30, dar nu pe scindarea apei facilitată de NaCl, KCl sau MgCl₂ la 900-1200°C.

Un mecanism ipotetic ar putea implica hidroliza la temperatură înaltă a sărurilor, în special a MgCl₂, în prezența aburului. Reacția MgCl2(s/l)+H2O(g)⇌MgO(s)+2HCl(g) este cunoscută și poate avea loc la temperaturi ridicate. Totuși, această reacție produce HCl gazos și nu este clar cum ar facilita direct producția eficientă de H₂ și O₂ din apă. Este posibil ca HCl generat să participe la un ciclu catalitic sau ca sarea topită să modifice proprietățile aburului sau ale suprafețelor reactorului. Alternativ, sărurile ar putea acționa pur și simplu ca un mediu de transfer termic. Fără un mecanism validat și date experimentale, această cale rămâne speculativă. Intervalul de temperatură 900-1200°C este relevant pentru multe procese termochimice, dar aplicabilitatea sa specifică aici este neconfirmată.

(b) Formarea și Impactul Subprodușilor Corozivi (ex: HCl)

Un dezavantaj major și foarte probabil al acestei abordări, în special dacă se utilizează cloruri precum MgCl₂, este formarea de acid clorhidric (HCl) gazos prin hidroliză la temperatură înaltă, așa cum s-a discutat mai sus. Prezența HCl, mai ales în combinație cu abur la 900-1200°C, creează un mediu extrem de coroziv.

Agresivitatea HCl: HCl gazos la temperaturi înalte atacă majoritatea metalelor, inclusiv oțelurile inoxidabile și multe superaliaje pe bază de nichel.20
Materiale Compatibile: Selecția materialelor devine extrem de restrictivă și costisitoare. Tantalul prezintă o rezistență excelentă la HCl 22, dar este foarte scump. Anumite aliaje pe bază de nichel cu conținut ridicat de Molibden și Crom (ex: Hastelloy C-276, INCONEL 625, INCONEL 686) pot oferi rezistență 20, dar costul lor este ridicat, iar performanța pe termen lung în condiții atât de severe necesită validare. Placarea cu aur a oțelului inoxidabil este menționată ca o opțiune pentru HCl la temperatură înaltă.22 Ceramicele avansate, precum carbura de siliciu (SiC), care prezintă rezistență bună la acizi 37, ar putea fi o alternativă, dar aduc provocări legate de fabricabilitate și fragilitate.
Implicații: Necesitatea utilizării unor materiale exotice și scumpe ar crește semnificativ costul de capital al unui astfel de reactor, punând sub semnul întrebării viabilitatea economică.

În absența datelor experimentale și a unui mecanism clar, eficiența globală a producerii de H₂ și O₂ prin această metodă este necunoscută și probabil scăzută. Dacă mecanismul principal este hidroliza sării cu formare de HCl, energia este consumată în această reacție secundară. Chiar dacă sarea ar acționa catalitic, eficiența ar fi limitată de termodinamica scindării apei la 900-1200°C și de pierderile de căldură. Energia necesară pentru a menține aceste temperaturi și pentru a gestiona subprodușii corozivi ar reduce și mai mult eficiența netă a procesului.

(d) Probleme de Coroziune a Materialelor

Pe lângă coroziunea indusă de HCl, prezența sărurilor topite (punctele de topire pentru NaCl, KCl, MgCl₂ sunt ~801°C, ~770°C, ~714°C, respectiv) la 900-1200°C introduce provocări suplimentare. Sărurile topite pot dizolva oxizii protectori de pe suprafața metalelor, pot pătrunde intergranular și pot provoca coroziune accelerată.20 Fisurarea corozivă sub tensiune indusă de cloruri (Chloride SCC) este, de asemenea, un risc major pentru multe aliaje metalice la aceste temperaturi, chiar și în absența HCl liber.19 Combinația dintre temperaturi foarte înalte, abur, săruri topite și potențial HCl gazos creează unul dintre cele mai agresive medii corozive imaginabile pentru materialele de construcție.

În concluzie, termoliza apei asistată de săruri metalice simple (NaCl, KCl, MgCl₂) la 900-1200°C pare a fi o abordare extrem de problematică. Mecanismul propus nu este susținut de datele furnizate și este probabil speculativ. Mai important, condițiile de operare implică un mediu coroziv extrem (săruri topite, abur la temperatură înaltă, potențial HCl), care ar necesita materiale de construcție extrem de scumpe și ar pune probleme majore de siguranță și durabilitate. Generarea probabilă de HCl ca subprodus adaugă complexitate procesului. Prin urmare, fezabilitatea practică și economică a acestei metode este foarte îndoielnică.

4. Descompunerea Catalitică a Aburului la Temperaturi Reduse (500-700°C)

Această abordare vizează utilizarea catalizatorilor metalici pentru a reduce energia de activare a reacției de descompunere a aburului (H2O⇌H2+1/2O2), permițând desfășurarea acesteia la temperaturi semnificativ mai mici (500-700°C) decât termoliza directă.

(a) Eficacitatea Catalitică a Ni, Fe, Pt (Nanoparticule)

Metalele tranziționale, în special cele din Grupa VIII, sunt cunoscute pentru activitatea lor catalitică în reacții care implică legături H-O și C-H.

Tipuri de Metale:

Nichel (Ni): Este un catalizator frecvent utilizat în reacții înrudite, cum ar fi reformarea cu abur a metanului (SMR) sau descompunerea metanului (TMD), datorită activității sale rezonabile și costului relativ scăzut.39 Este de așteptat să prezinte activitate și pentru descompunerea directă a aburului. Aliajele Ni-Fe au arătat activitate bună în reformarea etanolului cu abur la temperaturi joase (400°C).43 Catalizatorii Ni-Fe/rGO au demonstrat activitate excepțională pentru generarea de hidrogen prin hidroliza Mg.44
Fier (Fe): Este, de asemenea, activ catalitic pentru reacții similare 41, dar este predispus la oxidare în prezența aburului la temperaturi ridicate, ceea ce îi poate modifica sau anula activitatea catalitică.40 Unele studii indică faptul că speciile de Fe pot juca un rol în suprimarea reacțiilor secundare în reformarea cu abur.43
Platină (Pt): Fiind un metal nobil, platina este, în general, foarte activă și mai stabilă la oxidare decât Ni sau Fe.39 Este adesea utilizată în catalizatori pentru pile de combustie și electrolizoare.13 Cu toate acestea, costul său ridicat este un dezavantaj major. Ordinea generală a activității în reacții similare este adesea Ru > Rh > Ni ≈ Pt > Fe, dar aceasta poate varia în funcție de condiții și suport.39

Nanoparticule: Utilizarea catalizatorilor sub formă de nanoparticule crește exponențial aria superficială activă, ceea ce poate duce la rate de reacție semnificativ mai mari la aceeași temperatură sau la atingerea unei conversii date la o temperatură mai scăzută. Totuși, nanoparticulele sunt intrinsec mai puțin stabile termic.

(b) Stabilitatea Termică și Durata de Viață a Catalizatorilor

Aceasta reprezintă provocarea critică pentru descompunerea catalitică a aburului la 500-700°C. Mediul conținând abur la temperatură înaltă este agresiv pentru majoritatea catalizatorilor metalici.

Sinterizarea: Nanoparticulele metalice au o tendință puternică de a aglomera (sintera) la temperaturi ridicate pentru a-și reduce energia de suprafață. Acest proces duce la pierderea ariei superficiale active și la scăderea dramatică a activității catalitice în timp.39 Aceasta este o problemă majoră pentru catalizatorii pe bază de Ni.39
Oxidarea: Aburul la 500-700°C este un agent oxidant. Metalele mai puțin nobile precum Fe și Ni pot fi oxidate 40, formând straturi de oxid care pot bloca siturile active sau pot modifica proprietățile catalitice. Platina este mult mai rezistentă la oxidare.
Rolul Suportului: Materialul suport (ex: Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, CeO₂, ZrO₂, carbon) joacă un rol crucial în dispersia și stabilizarea nanoparticulelor metalice, prevenind sinterizarea și influențând interacțiunea metal-suport.41 Alegerea corectă a suportului este esențială pentru durabilitate.
Durata de Viață: Datele din studii pe reacții similare (ex: TMD) arată adesea o scădere a conversiei catalitice pe parcursul a câtorva ore sau zeci de ore 45, indicând necesitatea unor îmbunătățiri semnificative pentru operare industrială pe termen lung. Dezvoltarea unor catalizatori stabili pe mii de ore în aceste condiții este o provocare majoră.

Cost: Ordinea costului materialului activ este, în general, Pt >> Ni ≈ Fe. Costul total al catalizatorului include și suportul, precum și procesul de fabricație (în special pentru nanoparticule controlate). Costul operațional este puternic influențat de durata de viață a catalizatorului și de necesitatea regenerării sau înlocuirii periodice. Un cost țintă pentru hidrogenul produs prin metode avansate este sub $2/kg 48, iar costurile actuale ale electrolizei variază între ~$2 și ~$12/kg H₂ 50, oferind un context economic.
Performanță:

Activitate Inițială: Platina este probabil cea mai activă, urmată de Nichel și apoi Fier, deși activitatea specifică depinde mult de preparare (dimensiunea particulelor, suport).39
Stabilitate: Ordinea stabilității este probabil inversă costului: Pt > Ni > Fe.39
Eficiență Globală: Depinde nu doar de activitatea inițială, ci și de stabilitatea pe termen lung și de echilibrul termodinamic la 500-700°C. Chiar și cu un catalizator, conversia la echilibru a apei la aceste temperaturi este limitată termodinamic, deși mult mai mare decât la temperatura camerei. Eficiența reală trebuie să ia în considerare energia necesară pentru a menține temperatura și pentru a separa produsele.
Temperatură: Reducerea temperaturii la 500-700°C este un avantaj semnificativ față de termoliza directă sau ciclurile termochimice de foarte înaltă temperatură (Zn/ZnO, Fe₃O₄/FeO), relaxând cerințele pentru materialele reactorului și sursa de căldură.

O comparație directă cu datele din reformarea cu abur necesită prudență. Deși materialele catalitice sunt similare, absența carbonului în descompunerea pură a aburului elimină problemele de cocsificare 39, dar poate exacerba oxidarea catalizatorului de către abur, în lipsa unui mediu reducător (H₂, CO) prezent în reformare.

În concluzie, descompunerea catalitică a aburului la 500-700°C folosind catalizatori pe bază de Ni, Fe sau Pt (nanoparticule) este o cale promițătoare pentru reducerea temperaturii de scindare a apei. Avantajul principal este temperatura de operare semnificativ mai mică. Totuși, provocarea fundamentală constă în dezvoltarea unor catalizatori care să combine activitatea ridicată cu stabilitatea pe termen lung în condiții de abur la temperatură înaltă. Catalizatorii ieftini (Ni, Fe) tind să se dezactiveze rapid prin sinterizare și/sau oxidare, în timp ce catalizatorii mai stabili (Pt) sunt prohibitiv de scumpi. Optimizarea structurii nanoparticulelor, a suportului și a condițiilor de operare este esențială pentru viabilitatea acestei metode.

5. Evaluarea Ciclurilor Termochimice Specifice

Ciclurile termochimice utilizează o serie de reacții chimice, conduse în principal de căldură, pentru a descompune apa în hidrogen și oxigen. Avantajul principal este că H₂ și O₂ sunt produși în etape separate, eliminând necesitatea separării gazelor la temperaturi foarte înalte, o provocare majoră a termolizei directe.1 Peste 352 de cicluri teoretice au fost descrise.1

(a) Ciclul Zinc-Oxid de Zinc (Zn/ZnO)

Mecanism și Temperaturi: Acest ciclu implică două etape principale 3:

Reducere Termică (Endotermă): ZnO(s)→Zn(g)+1/2O2(g). Această etapă necesită temperaturi foarte ridicate, de peste 2023 K (~1750°C) 3, deși unele surse menționează ~1900°C.1 Temperatura poate fi teoretic redusă prin scăderea presiunii parțiale a oxigenului (operare sub vid sau cu gaz purtător inert).3
Hidroliză (Exotermă): Zn(s/g)+H2O(g)→ZnO(s)+H2(g). Această etapă are loc la temperaturi mai scăzute, în intervalul 623–1173 K (350–900°C).3 Zincul produs în prima etapă sub formă gazoasă trebuie condensat (răcit rapid) înainte de hidroliză.

Eficiență: Eficiența exergetică teoretică poate atinge valori ridicate (până la 82%) presupunând recuperarea completă a căldurii din etapa de hidroliză și din procesul de răcire rapidă (quenching).3 Fără recuperarea căldurii, eficiența este mult mai mică (~29%).3 Eficiența globală a ciclurilor solare termochimice este adesea estimată practic între 15% și 30%.52 Costurile estimate pentru H₂ variază considerabil în funcție de ipoteze.3
Provocări:

Temperatură Extremă: Temperatura de reducere foarte ridicată (>1750°C) impune cerințe severe asupra materialelor reactorului solar și a sursei de căldură.3
Separarea Zn(g)/O₂ (Quenching): Cea mai mare provocare tehnică este separarea eficientă a zincului gazos și a oxigenului produși simultan la temperatură înaltă, pentru a preveni recombinarea lor (Zn+1/2O2→ZnO) în timpul răcirii. Acest lucru necesită un proces de răcire extrem de rapid (quenching), dificil de realizat eficient la scară industrială.3
Manipularea Materialelor: Ciclul implică manipularea solidelor (ZnO), gazelor (Zn, O₂, H₂O, H₂) și potențial a zincului lichid/solid după condensare, ceea ce complică proiectarea reactorului. Volatilizarea și pierderea zincului pot reduce eficiența pe termen lung.
Maturitate Tehnologică: Ciclul a fost demonstrat la scară de laborator și pilot (reactor solar de 10 kW menționat) 3, dar TRL-ul (Technology Readiness Level) rămâne scăzut, probabil în intervalul TRL 2-4, necesitând cercetări fundamentale și dezvoltare inginerească semnificativă pentru a depăși provocările.51

(b) Ciclul Fier-Apă (și alte cicluri pe bază de oxizi de fier/ferite)

Mecanism și Temperaturi: Ciclurile bazate pe fier utilizează capacitatea oxizilor de fier de a exista în diferite stări de oxidare.

Ciclul Fe₃O₄/FeO: Implică reducerea magnetitei (Fe₃O₄) la wustită (FeO) cu eliberare de O₂ și apoi oxidarea wustitei cu abur pentru a produce H₂ și a regenera magnetita.3

Fe3O4(s)→3FeO(s)+1/2O2(g) (Reducere)
3FeO(s)+H2O(g)→Fe3O4(s)+H2(g) (Hidroliză/Oxidare) Temperatura de reducere pentru Fe₃O₄ pur este extrem de ridicată (>2573 K sau ~2300°C în aer), depășind punctele de topire ale oxizilor.3 Poate fi redusă la ~1623 K (~1350°C) sub presiune parțială foarte scăzută de oxigen, dar acest lucru este energetic costisitor.3 Etapa de hidroliză are loc la temperaturi mai joase, sub 1273 K (~1000°C).3

Cicluri cu Ferite Mixte (MFe₂O₄): Pentru a reduce temperatura de reducere și a îmbunătăți stabilitatea, se utilizează ferite în care o parte din Fe²⁺ este înlocuit cu alte metale bivalente (M = Ni, Co, Mn, Zn etc.).3

MFe2O4(s)→MO(s)+2FeO(s)+1/2O2(g) (Reducere, schematizat)
MO(s)+2FeO(s)+H2O(g)→MFe2O4(s)+H2(g) (Hidroliză/Oxidare) Temperaturile de reducere pot fi scăzute la ~1400°C sau chiar mai jos, în funcție de compoziție.53 Etapa de producere a hidrogenului (oxidarea cu abur) are loc adesea în jur de 800-1000°C.55

Ciclul cu Ferită de Sodiu-Mangan: Un ciclu specific care operează la temperaturi relativ joase (700-800°C).18 Implică reacția MnFe₂O₄ cu Na₂CO₃ și abur pentru a produce H₂ și Na(Mn₁/₃Fe₂/₃)O₂, urmată de regenerarea termică a reactanților inițiali cu eliberare de O₂ și CO₂.

Eficiență: Eficiența ciclurilor cu ferite depinde de temperaturile de operare, gradul de conversie în fiecare etapă și eficiența recuperării căldurii între etape. Nu sunt citate valori specifice de eficiență globală în fragmentele furnizate, dar obiectivul general al ciclurilor termochimice este de a atinge eficiențe termice ridicate, potențial peste 50%.3 Utilizarea căldurii reziduale din etapa exotermă de hidroliză pentru a preîncălzi reactanții pentru etapa endotermă de reducere este crucială pentru eficiență.
Fezabilitate Practică și Provocări:

Stabilitatea Materialului: Principala provocare este menținerea activității și a structurii materialului redox (oxid de fier sau ferită) pe parcursul a mii de cicluri de reducere-oxidare la temperaturi înalte. Sinterizarea (pierderea ariei superficiale), transformările de fază nedorite și degradarea mecanică sunt probleme comune, în special pentru oxizii puri de fier la temperaturi foarte înalte.3
Utilizarea Suporturilor: Pentru a combate sinterizarea, feritele sunt adesea dispersate pe suporturi ceramice inerte și stabile termic, cum ar fi ZrO₂ sau YSZ (Zirconiu stabilizat cu Ytriu).3 Acestea ajută la menținerea unei arii superficiale ridicate, dar pot introduce complexități legate de interacțiunea ferită-suport.3
Cinetica Reacțiilor: Ratele de reacție, în special pentru etapa de reducere la temperaturi mai scăzute, pot fi lente, necesitând timpi de rezidență lungi sau catalizatori.
Reversibilitate și Randament: Atingerea unor randamente ridicate de H₂ și O₂ și menținerea reversibilității complete a ciclului pe termen lung sunt dificile. Ciclul cu ferită de sodiu-mangan, de exemplu, suferă de o scădere a producției de hidrogen la ciclare din cauza regenerării incomplete a materialului.18
Manipularea Solidelor și Căldurii: Proiectarea reactoarelor care să permită manipularea eficientă a materialelor solide între etapele de temperaturi diferite și recuperarea eficientă a căldurii este complexă din punct de vedere ingineresc.55
Maturitate Tehnologică: Ciclurile cu ferite sunt încă în stadiu de cercetare și dezvoltare (probabil TRL 3-5), deși unele sisteme (ex: Na-Mn-Ferrite) au fost testate în instalații solare mici.53 Sunt necesare îmbunătățiri semnificative ale materialelor și ale proiectării reactoarelor pentru a deveni competitive.

În comparație cu ciclul Zn/ZnO, ciclurile cu ferite (în special cele modificate) oferă avantajul unor temperaturi de operare potențial mai scăzute, evitând problemele legate de manipularea zincului gazos și de quenching. Totuși, stabilitatea pe termen lung a materialelor redox solide la ciclare termică și chimică rămâne principala provocare. Ambele tipuri de cicluri beneficiază de avantajul intrinsec al separării temporale a producției de H₂ și O₂, simplificând procesul în comparație cu termoliza directă.

6. Evaluarea Sistemului Hibrid NiO/NaOH/Electroliză (600-700°C)

Acest concept propune o abordare hibridă, combinând potențialele efecte catalitice ale nanoparticulelor de NiO într-un mediu de NaOH topit/concentrat cu aplicarea unui curent electric slab (electroliză asistată) la temperaturi de 600-700°C, vizând o eficiență de conversie de 40-50%.

(a) Dovezi Experimentale și Date Suport

O analiză a materialelor de cercetare furnizate indică o lipsă de studii sau date experimentale care să valideze direct acest concept specific: nanoparticule de NiO dispersate în NaOH la 600-700°C, supuse simultan unui proces de electroliză slabă pentru scindarea apei.

Studiile existente pe NiO se concentrează pe:

Utilizarea sa ca electrocatalizator (adesea în combinație cu Ni metalic sau suport de grafenă/rGO) pentru reacțiile de evoluție a hidrogenului (HER) și oxigenului (OER) în electroliza alcalină la temperaturi joase (ex: 1M KOH, temperatura camerei).8
Efectul tratamentului termic (până la 400-600°C) asupra proprietăților electrocatalitice ale filmelor de NiO electrodepuse, dar testate ulterior tot la temperaturi joase.58

Studiile privind electroliza la temperaturi înalte (HTSE/SOEC) utilizează electroliți solizi ceramici (ex: YSZ) la 800-1000°C și nu implică NaOH lichid/topit.6
Ciclurile hibride menționate (ex: Cu-Cl) implică o etapă electrochimică, dar cu chimii și condiții de operare diferite.4

Prin urmare, conceptul pare a fi unul nou sau speculativ, nefiind susținut direct de literatura de specialitate prezentată. Validarea sa ar necesita experimente dedicate.

(b) Analiza Sinergiei Potențiale

În teorie, s-ar putea postula anumite efecte sinergice între componentele sistemului la 600-700°C:

Cataliza NiO: Nanoparticulele de NiO ar putea oferi o suprafață activă mare. NiO este cunoscut ca un catalizator OER în mediu alcalin.8 La 600-700°C, ar putea cataliza fie descompunerea termică a apei, fie reacțiile electrochimice la suprafața electrozilor. Faza Ni-NiO, obținută prin reducere parțială, s-a dovedit eficientă pentru HER în condiții alcaline la temperatură joasă 8, deși stabilitatea sa la 600-700°C în NaOH este incertă.
Mediul Alcalin (NaOH): La 600-700°C, NaOH este topit (punct de topire ~318°C) și foarte coroziv. Ar putea acționa ca electrolit ionic dacă există suficientă apă dizolvată sau abur. De asemenea, ar putea participa la mecanisme de reacție intermediare sau modifica activitatea catalitică a NiO.
Asistența Electrolitică: Aplicarea unui potențial electric, chiar și slab, ar putea reduce bariera energetică totală necesară pentru scindarea apei. Energia termică ar contribui la reducerea necesarului de energie electrică (similar principiului HTSE 6). Curentul electric ar forța reacțiile redox la electrozi, depășind limitările cinetice sau termodinamice ale procesului pur termic sau catalitic.

Cu toate acestea, este dificil de prezis dacă aceste efecte ar fi cu adevărat sinergice sau dacă ar fi anulate de provocările practice.

Randamentul Estimat: Afirmația unui randament de conversie de 40-50% necesită clarificări și justificare. Nu este specificat dacă acesta este un randament electric (energia H₂ produsă / energia electrică consumată), un randament termic (energia H₂ / energia termică consumată) sau un randament global (energia H₂ / (energia electrică + energia termică)). Comparativ, HTSE poate atinge eficiențe electrice >90% 6 și eficiențe globale de ~64% la 850°C.59 Ciclurile termochimice precum S-I au eficiențe teoretice estimate la 40-50%.61 Fără o bază experimentală sau o analiză termodinamică detaliată pentru acest sistem hibrid specific, valoarea de 40-50% este speculativă și trebuie validată.
Provocări Tehnice Majore:

Coroziunea Extremă: Aceasta este probabil cea mai mare provocare, similară cu termoliza alcalină (Secțiunea 2). NaOH topit la 600-700°C va ataca agresiv majoritatea materialelor de construcție, inclusiv electrozii și vasul reactorului. Găsirea unor materiale compatibile și economice este extrem de dificilă.
Stabilitatea Catalizatorului/Suspensiei: Nanoparticulele de NiO sunt predispuse la sinterizare la 600-700°C. Stabilitatea lor chimică în NaOH topit este, de asemenea, incertă; ar putea reacționa formând niccolați de sodiu sau alte specii. Menținerea unei suspensii stabile și omogene a nanoparticulelor în topitura de NaOH ar fi dificilă.
Proiectarea Electrozilor: Electrozii trebuie să fie conductivi electric, stabili chimic și structural în NaOH topit la 600-700°C, și să permită contactul eficient între electrolit (NaOH), catalizator (NiO) și reactanți/produse (H₂O, H₂, O₂). Aceasta reprezintă o provocare inginerească semnificativă.
Separarea H₂/O₂: Produșii gazoși (H₂, O₂) trebuie separați eficient din mediul de reacție (NaOH topit/vapori + abur) la temperatură înaltă, prevenind recombinarea sau formarea amestecurilor explozive.

Conceptul hibrid NiO/NaOH/Electroliză încearcă să combine avantajele catalizei, mediului alcalin și asistenței electrice la temperaturi intermediare. Totuși, lipsa datelor suport și provocările tehnice imense, în special coroziunea extremă indusă de NaOH topit la 600-700°C, fac ca fezabilitatea sa practică să fie foarte îndoielnică în stadiul actual al cunoștințelor. Comparativ cu HTSE, care utilizează electroliți solizi ceramici pentru a evita problemele legate de lichidele corozive la temperaturi înalte, acest concept hibrid introduce o dificultate materială majoră care ar putea anula orice beneficiu potențial.

7. Provocări Comune și Soluții Potențiale

Majoritatea metodelor evaluate pentru reducerea temperaturii de termoliză a apei, în special cele care operează la temperaturi de peste 500°C, se confruntă cu un set comun de provocări tehnice fundamentale.

(a) Separarea Eficientă și Sigură a H₂ și O₂

Problema: Hidrogenul și oxigenul formează amestecuri explozive într-un interval larg de concentrații (aproximativ 4-95% H₂ în O₂ sau aer 63). Dacă sunt produși simultan în aceeași zonă a reactorului la temperaturi ridicate (cum ar fi în termoliza directă sau, potențial, în descompunerea catalitică directă), separarea lor completă și sigură înainte de răcire este esențială pentru a preveni exploziile.2
Soluții și Abordări:

Membrane de Separare la Temperatură Înaltă: Aceasta este o tehnologie cheie în dezvoltare.

Membrane de Transport al Oxigenului (OTM): Acestea sunt membrane ceramice dense (adesea pe bază de perovskit sau fluorit, ex: BSCF, LSCF, CGO) care permit transportul selectiv al ionilor de oxigen (și al electronilor) la temperaturi ridicate (>700-800°C), având o selectivitate teoretic infinită pentru O₂.64 Ele pot fi integrate în reactoare pentru a separa oxigenul produs in situ.64 Provocările includ stabilitatea materialului (în special în atmosfere reducătoare sau cu CO₂ 67), obținerea unui flux suficient de oxigen (JO2), etanșarea la temperaturi înalte și costul.65
Membrane de Transport al Hidrogenului (HTM): Acestea separă selectiv hidrogenul. Pot fi membrane metalice dense (aliaje de Pd - scumpe, sensibile la impurități, fragile la H₂, limitate ca temperatură 74) sau membrane ceramice/cermetice (oxizi protono-conductori, ex: cerate/zirconate dopate, sau compozite ceramică-metal 76). HTM-urile ceramice/cermetice oferă potențial pentru operare la temperaturi mai înalte și în medii mai dure, dar se confruntă cu provocări legate de flux, stabilitate pe termen lung (în special în prezența CO₂, H₂S), robustețe mecanică și cost.77 Selectivitatea este teoretic infinită pentru membranele dense.77

Proiectarea Ciclurilor Termochimice: Prin însăși natura lor, ciclurile termochimice (ex: Zn/ZnO, Ferite, S-I) produc H₂ și O₂ în etape separate din punct de vedere temporal sau spațial, la condiții de temperatură diferite.1 Aceasta elimină necesitatea separării directe a amestecului H₂/O₂ la temperatură înaltă, dar introduce complexitatea separării și manipulării intermediarilor chimici.
Electroliza la Temperatură Înaltă (HTSE/SOEC): Utilizează un electrolit solid dens (ex: YSZ) care acționează ca o barieră fizică, separând compartimentul catodic (unde se produce H₂ din abur) de cel anodic (unde se produce O₂).23 Integritatea și etanșeitatea electrolitului și a garniturilor sunt cruciale.
Răcirea Rapidă (Quenching): Relevantă pentru termoliza directă sau cicluri precum Zn/ZnO unde produșii gazoși se formează simultan la temperatură foarte înaltă. Răcirea rapidă sub temperatura de autoaprindere și sub punctul unde recombinarea este semnificativă este necesară, dar dificil de scalat.2

(b) Materiale de Construcție Rezistente la Coroziune (500-1200°C+)

Problema: Găsirea unor materiale de construcție care să reziste pe termen lung la combinația de temperaturi înalte (500-1200°C, uneori chiar mai mult) și medii chimice agresive (abur, oxigen, hidrogen, potențial acizi, alcalii, săruri topite) este o provocare universală și adesea un factor limitativ de cost.16 Degradarea poate include coroziune generală, coroziune localizată (pitting, crevice), fisurare corozivă sub tensiune (SCC), fragilizare prin hidrogen, oxidare/reducere ciclică, fluaj și modificări microstructurale.14
Materiale Candidate și Limitările lor:

Aliaje pe bază de Nichel (Inconel, Hastelloy etc.): Oferă o combinație bună de rezistență mecanică la temperatură înaltă și rezistență la oxidare/coroziune în multe medii. Anumite grade (ex: cele bogate în Cr, Mo, W) sunt rezistente la acizi (HCl, H₂SO₄), cloruri și unele medii alcaline.20 Totuși, sunt scumpe și pot fi susceptibile la SCC în anumite condiții (cloruri, alcalii concentrate la cald) 19 sau la coroziune accelerată de impurități specifice. Comportamentul în abur/H₂ la temperaturi foarte înalte este un domeniu activ de cercetare.86
Oțeluri Inoxidabile: Utilizarea lor este în general limitată la capătul inferior al intervalului de temperatură (<600-700°C) din cauza pierderii rezistenței mecanice și a oxidării accelerate. Sunt vulnerabile la SCC indus de cloruri (>60°C) și alcalii (>100°C).19 Oțelurile cu conținut ridicat de Si arată o oarecare rezistență la H₂SO₄ concentrat la cald, dar pot fisura.37
Metale Refractare (Ta, Nb, Mo, W): Tantalul și Niobiul oferă rezistență excepțională la mulți acizi (HCl, H₂SO₄, HIx) la temperaturi înalte 22 și sunt considerate pentru ciclul S-I.16 Tantalul este însă vulnerabil la alcalii puternice 22 și HF.20 Molibdenul și Wolframul au puncte de topire foarte înalte, dar sunt sensibile la oxidare. Toate sunt foarte scumpe și dificil de prelucrat.
Metale Reactive (Zr, Ti): Zirconiul are rezistență excelentă la HCl, HNO₃, H₃PO₄ (<55%) și alcalii (până la fierbere), dar limitată în H₂SO₄ concentrat și alcalii anhidre/la temperaturi înalte.21 Titanul rezistă bine la cloruri, apă de mare, acizi oxidanți (HNO₃) și alcalii, dar este slab în acizi reducători puri (HCl, H₂SO₄).22 Ambele au limite de temperatură inferioare superaliajelor de Ni sau ceramicelor.
Ceramici Avansate (SiC, Si₃N₄, Al₂O₃, ZrO₂): Oferă stabilitate excelentă la temperaturi foarte înalte și rezistență chimică superioară metalelor în multe medii agresive. SiC și Si₃N₄ sunt rezistente la acizi puternici la cald (H₂SO₄) 37 și sunt luate în considerare pentru ciclul S-I.16 ZrO₂ stabilizat (YSZ) este electrolitul standard în SOEC/SOFC.24 Alumina (Al₂O₃) este un refractar comun. Provocările includ fragilitatea inerentă, dificultățile de fabricare a componentelor complexe, etanșarea și potențiala degradare în medii specifice pe termen lung (ex: coroziunea SiC de către abur la temperaturi foarte înalte, degradarea YSZ).
Acoperiri Protectoare: Aplicarea unor straturi subțiri de materiale ceramice sau metalice rezistente (ex: PBN pe grafit 70, MoSi₂ pe Hastelloy 37, straturi bogate în Al/Cr pe superaliaje 90) poate extinde durata de viață a componentelor realizate din materiale de bază mai puțin rezistente sau mai ieftine. Aderența și compatibilitatea termomecanică a acoperirii sunt esențiale.

Strategia de Selecție: Nu există un material universal. Selecția trebuie să se bazeze pe o analiză detaliată a condițiilor specifice de operare (temperatură, presiune, compoziție chimică exactă a mediului, solicitări mecanice) și pe un compromis între performanță, durabilitate și cost.14 Testarea materialelor în condiții cât mai apropiate de cele reale și dezvoltarea unor protocoale standardizate de testare sunt cruciale.87

Surse de Căldură: Procesele care necesită temperaturi înalte (>500°C) pot fi cuplate cu diverse surse de căldură non-fosile:

Energia Solară Concentrată (CSP): Poate atinge temperaturi foarte înalte (peste 1000°C, chiar 2000°C cu sisteme avansate), fiind potrivită pentru cicluri termochimice de înaltă temperatură (Zn/ZnO, Ferite) sau HTSE.1 Provocarea este intermitența radiației solare, necesitând stocare termică sau operare hibridă.
Reacțoare Nucleare: Reacțoarele avansate, în special cele de Generația IV, cum ar fi Reactoarele de Temperatură Foarte Înaltă (VHTR), pot furniza căldură la 850-1000°C, fiind ideale pentru cuplarea cu ciclul S-I sau HTSE.4 Reactoarele actuale (LWR) furnizează căldură la temperaturi mai joase (~300°C), limitând opțiunile la electroliza la temperatură joasă sau intermediară.
Căldură Geotermală sau Reziduală Industrială: Aceste surse oferă de obicei căldură la temperaturi mai scăzute (<500°C), fiind potrivite pentru electroliza la temperatură joasă/intermediară sau pentru anumite etape ale ciclurilor termochimice/hibride care necesită temperaturi moderate (ex: ciclul Cu-Cl 4).

*Integrarea Căldurii și Recuperarea: Pentru procesele endoterme (majoritatea etapelor de reducere din cicluri, electroliza), transferul eficient de căldură de la sursă la reactor este crucial. Pentru procesele ciclice sau cele cu fluxuri de produși fierbinți (HTSE), recuperarea căldurii interne (recuperarea căldurii sensibile din fluxurile de produși pentru a preîncălzi reactanții) este esențială pentru a atinge o eficiență energetică globală ridicată.3 Proiectarea unor schimbătoare de căldură eficiente și durabile la temperaturi înalte și în medii corozive este o altă provocare materială și inginerească.
Eficiența Globală: Eficiența energetică a întregului lanț, de la sursa primară de energie (solară, nucleară) la hidrogenul produs, este metrica cheie. Aceasta depinde de:

Eficiența conversiei sursei primare în căldură utilă (sau electricitate, dacă este cazul).
Eficiența intrinsecă a procesului de scindare a apei (termodinamică și cinetică).
Eficiența recuperării căldurii interne.
Pierderile de energie în etapele auxiliare (separare, compresie, pompare). HTSE beneficiază de utilizarea directă a căldurii pentru a reduce necesarul de electricitate, atingând potențial eficiențe globale ridicate (peste 50-60%).1 Ciclurile termochimice vizează eficiențe termice ridicate (40-50% sau mai mult teoretic 3), dar pierderile practice în recuperarea căldurii și manipularea intermediarilor pot reduce semnificativ eficiența reală.

Abordarea acestor provocări transversale necesită o viziune integrată asupra sistemului. Optimizarea unei componente (ex: un catalizator mai activ) poate fi inutilă dacă materialele reactorului nu rezistă sau dacă separarea produselor este ineficientă. Dezvoltarea materialelor avansate (pentru reactoare, membrane, catalizatori, schimbătoare de căldură) și ingineria proceselor (optimizarea fluxurilor, recuperarea căldurii, controlul reacțiilor) sunt interdependente și la fel de critice pentru succesul oricărei metode de scindare a apei la temperatură înaltă. Membranele de separare la temperatură înaltă, în special, reprezintă o tehnologie cheie, dar care necesită încă dezvoltare semnificativă pentru a atinge robustețea și performanța necesare în condiții industriale.64 În esență, progresul în știința materialelor și ingineria chimică reprezintă principalul factor limitativ pentru fezabilitatea practică a majorității acestor tehnologii avansate de producere a hidrogenului.16

8. Evaluare Comparativă și Fezabilitate

Sinteza analizelor individuale permite o evaluare comparativă a metodelor propuse pentru reducerea temperaturii de termoliză a apei, evidențiind avantajele, dezavantajele și fezabilitatea fiecăreia. Un rezumat al parametrilor cheie este prezentat în Tabelul 1.

Tabelul 1: Comparația Metodelor de Scindare a Apei la Temperatură Redusă (Non-Carbonice)

Metodă	Temp. Operare (°C)	Eficiență Estimată/Raportată (Bază)	Complexitate	Factori Cheie de Cost	Severitate Coroziune	Separare H₂/O₂	TRL Estimativ
Termoliză Alcalină (NaOH/KOH)	600-900 (propus)	Necunoscută / Speculativă (lipsă date termice)	Scăzută (conceptual)	Materiale extrem de scumpe (Ni-aliaje?), Energie termică	Extremă	Necesită (probabil membrană/quenching?)	Foarte Scăzut
Termoliză cu Săruri (NaCl/KCl/MgCl₂)	900-1200 (propus)	Necunoscută / Speculativă (lipsă date)	Scăzută (conceptual) + Separare HCl	Materiale extrem de scumpe (Ta, Hastelloy?), Energie termică	Extremă (HCl+)	Necesită + Separare HCl	Foarte Scăzut
Descompunere Catalitică (Ni/Fe/Pt)	500-700	Moderată (limitată termodinamic + cinetic)	Moderată (reactor catalitic)	Cost catalizator (Pt), Durată viață catalizator (Ni/Fe)	Moderată (abur)	Necesită (probabil membrană)	Scăzut-Moderat
Ciclu Termochimic Zn/ZnO	Red: >1750 Hidr: 350-900	Potențial ridicată (teoretic), Practic <30%?	Ridicată (2 pași, T înaltă, quenching, solide)	Reactor T înaltă, Recuperare căldură, Pierderi Zn	Moderată-Ridică	Inerentă (pași separați)	Scăzut (2-4)
Ciclu Termochimic Ferite	Red: 1400(?) Hidr: 800-1000 (Na-Mn: 700-800)	Potențial ridicată (teoretic)	Ridicată (2 pași, T înaltă/mod, solide)	Material redox (durabilitate), Recuperare căldură	Moderată-Ridică	Inerentă (pași separați)	Scăzut-Moderat
Hibrid NiO/NaOH/Electroliză	600-700 (propus)	40-50% (afirmat, nebazat pe date furnizate)	Ridicată (catalizator, electrolit topit, electrozi)	Materiale extrem de scumpe (coroziune NaOH), Energie E+T	Extremă	Necesită (probabil membrană/separare complexă)	Foarte Scăzut
Referință: HTSE/SOEC	650-1000	Ridicată (>60% global, >90% electric posibil)	Ridicată (celule ceramice, etanșare, T înaltă)	Cost stack SOEC, Durabilitate stack, Energie E+T	Moderată (degradare)	Inerentă (electrolit solid)	Moderat (5-7)

Notă: TRL (Technology Readiness Level) este estimat pe baza informațiilor disponibile și a provocărilor identificate. Eficiențele sunt aproximative și depind puternic de ipoteze.

Discuție Comparativă:

Temperatura de Operare: Metodele catalitice și ciclul Na-Mn-ferrite oferă cele mai scăzute temperaturi (500-800°C), reducând stresul material și cerințele sursei de căldură. HTSE operează la temperaturi similare sau puțin mai mari (650-1000°C). Ciclurile cu ferite standard și, în special, ciclul Zn/ZnO necesită temperaturi mult mai înalte (>1400°C, respectiv >1750°C). Metodele propuse cu alcalii și săruri, deși vizează temperaturi intermediare (600-1200°C), au mecanisme nevalidate.
Eficiență: HTSE pare să ofere cea mai mare eficiență potențială demonstrată sau teoretic fundamentată, beneficiind de aportul combinat de energie termică și electrică.6 Ciclurile termochimice au potențial teoretic ridicat, dar eficiența practică este adesea limitată de recuperarea căldurii și cinetica lentă.3 Eficiența metodelor catalitice este limitată de echilibrul termodinamic la temperaturile respective, iar eficiența metodelor alcaline/săruri/hibrid este în mare parte necunoscută sau speculativă.
Complexitate: Termoliza directă (nefezabilă) este cea mai simplă. Metodele alcaline și cu săruri sunt simple conceptual, dar extrem de complexe din punct de vedere material. Metodele catalitice au complexitate moderată (reactor, catalizator). Ciclurile termochimice și HTSE sunt cele mai complexe, implicând pași multipli sau componente sofisticate (celule electrochimice, manipulare solide, separări intermediare).
Costuri: Costurile sunt dominate de materialele de construcție (în special pentru medii extrem de corozive sau temperaturi foarte înalte), costul și durata de viață a catalizatorilor sau materialelor redox, costul energiei (termice și/sau electrice) și complexitatea instalației. Metodele care necesită materiale exotice (alcalin, săruri, Zn/ZnO) sau catalizatori scumpi (Pt) au bariere de cost ridicate. HTSE și ciclurile cu ferite se confruntă cu provocări legate de costul și durabilitatea componentelor active (stack SOEC, material redox). Atingerea țintei DOE de <$2/kg H₂ 48 este o provocare majoră pentru toate tehnologiile avansate.
Coroziune: Severitatea coroziunii este maximă pentru metodele care implică alcalii sau săruri topite/HCl la temperaturi înalte. Ciclurile termochimice (în special S-I cu acizi 4) și HTSE (degradarea electrozilor/interconectărilor 25) prezintă, de asemenea, provocări semnificative de coroziune/degradare, dar potențial mai gestionabile decât alcaliile/sărurile topite la 600-1200°C. Metodele catalitice în abur pur sunt relativ mai benigne, dar stabilitatea catalizatorului în sine este problema.
Separarea H₂/O₂: Ciclurile termochimice și HTSE oferă avantajul separării inerente. Celelalte metode necesită o etapă de separare downstream, care este deosebit de dificilă și costisitoare la temperaturi înalte, necesitând probabil membrane avansate (OTM/HTM) care sunt ele însele în curs de dezvoltare și au propriile limitări de stabilitate și cost.64
Maturitate Tehnologică (TRL): HTSE pare a fi cea mai avansată dintre opțiunile de temperatură înaltă/intermediară evaluate aici, beneficiind de sinergii cu dezvoltarea SOFC și atingând niveluri de testare a stack-urilor și modulelor (TRL 5-7).23 Ciclurile termochimice (ferite, S-I) au fost demonstrate la scară de laborator sau pilot mic, dar se confruntă încă cu probleme materiale și de scalare (TRL 3-5/6).3 Metodele catalitice sunt la nivel de cercetare fundamentală/aplicată (TRL 2-4), necesitând demonstrarea stabilității pe termen lung. Metodele alcaline/săruri/hibrid propuse par a fi la nivel conceptual sau TRL foarte scăzut (TRL 1-2), necesitând validare de bază.

Evaluarea Fezabilității:

Pe baza analizei comparative, se conturează o ierarhie a fezabilității:

HTSE (Electroliza cu Oxizi Solizi): Deși se confruntă cu provocări legate de costul și degradarea stack-urilor pe termen lung, reprezintă cea mai matură și, potențial, cea mai eficientă cale dintre cele evaluate pentru scindarea apei la temperaturi înalte (650-1000°C), evitând problemele majore de coroziune ale electroliților lichizi/topiți.
Cicluri Termochimice (Ferite, posibil Cu-Cl): Oferă avantajul separării inerente și potențialul unor temperaturi de operare mai scăzute (în special Na-Mn-ferrite sau Cu-Cl). Fezabilitatea lor depinde critic de rezolvarea problemelor de stabilitate a materialelor redox/intermediare la ciclare și de dezvoltarea unor reactoare eficiente pentru manipularea solidelor și recuperarea căldurii.
Descompunerea Catalitică (500-700°C): Are avantajul temperaturii relativ scăzute, dar viabilitatea sa este condiționată de descoperirea unor catalizatori (probabil pe bază de Ni/Fe modificați sau noi compoziții) care să fie simultan activi, stabili pe termen lung (> mii de ore) și ieftini.
Ciclu Zn/ZnO: Temperaturile extrem de ridicate și provocarea majoră a separării Zn/O₂ prin quenching limitează sever fezabilitatea sa pe termen scurt și mediu, în ciuda potențialului teoretic.
Termoliza Alcalină / cu Săruri / Hibrid NiO/NaOH: Aceste metode, așa cum sunt propuse în interogarea inițială, par a fi cel mai puțin fezabile. Mecanismele termice directe sunt nevalidate în literatura furnizată, iar condițiile de operare implică medii corozive extreme care fac selecția materialelor și operarea sigură pe termen lung extrem de problematice și probabil prohibitive din punct de vedere economic. Conceptul hibrid necesită validare fundamentală.

Niciuna dintre metode nu reprezintă o soluție "magică". Fiecare implică compromisuri semnificative. Alegerea celei mai potrivite căi va depinde de progresele viitoare în știința materialelor și ingineria proceselor, precum și de contextul specific al aplicației (sursa de căldură disponibilă, scara de producție, costurile acceptabile).

9. Concluzii și Recomandări

Reanaliza metodelor propuse pentru reducerea temperaturii de termoliză a apei, cu accent pe evitarea reacțiilor cu carbonul, evidențiază diversitatea abordărilor, dar și provocările tehnice semnificative asociate fiecăreia.

Termoliza directă în medii alcaline (NaOH/KOH) sau asistată de săruri simple (NaCl/KCl/MgCl₂) la 600-1200°C: Aceste concepte, așa cum sunt formulate, nu sunt susținute de dovezi experimentale clare în literatura furnizată pentru un mecanism de termoliză pură. Mai mult, ele implică operarea în medii extrem de corozive (alcalii/săruri topite, potențial HCl la temperatură înaltă), ceea ce face selecția materialelor și asigurarea durabilității pe termen lung extrem de dificile și costisitoare. Fezabilitatea lor practică este, prin urmare, foarte îndoielnică.
Descompunerea catalitică a aburului (Ni, Fe, Pt la 500-700°C): Această metodă oferă avantajul unor temperaturi de operare semnificativ reduse. Totuși, provocarea majoră constă în dezvoltarea unor catalizatori (în special pe bază de metale ne-nobile precum Ni și Fe) care să prezinte o stabilitate ridicată pe termen lung (> mii de ore) în condiții de abur la temperatură înaltă, evitând dezactivarea prin sinterizare sau oxidare. Costul catalizatorilor pe bază de Pt limitează aplicarea lor la scară largă.
Cicluri Termochimice (Zn/ZnO, Ferite): Acestea elimină problema separării H₂/O₂ la temperatură înaltă prin producerea lor în etape distincte. Ciclul Zn/ZnO este limitat de temperatura de reducere extrem de ridicată și de dificultatea procesului de quenching. Ciclurile cu ferite (în special cele modificate pentru a opera la temperaturi mai joase, ex: <1400°C sau chiar 700-800°C pentru Na-Mn-ferrite) sunt promițătoare, dar se confruntă cu provocări majore legate de stabilitatea ciclică a materialelor redox (sinterizare, pierderea reactivității) și de ingineria reactoarelor pentru manipularea solidelor și recuperarea eficientă a căldurii.
Sistemul Hibrid NiO/NaOH/Electroliză (600-700°C): Acest concept specific nu este validat în literatura furnizată și pare speculativ. Chiar dacă ar exista efecte sinergice, provocarea extremă a coroziunii induse de NaOH topit la aceste temperaturi reprezintă un obstacol major, probabil insurmontabil cu materialele actuale.

Provocări Comune Critice: Două provocări transversale domină fezabilitatea majorității acestor tehnologii:

Materiale: Găsirea și implementarea unor materiale de construcție, catalizatori și membrane care să fie simultan performante, durabile pe termen lung (> mii/zeci de mii de ore) în condiții extreme de temperatură și coroziune, și acceptabile din punct de vedere economic reprezintă principalul bottleneck tehnologic.
Separarea H₂/O₂: Pentru metodele care produc H₂ și O₂ simultan la temperatură înaltă, dezvoltarea unor tehnologii de separare (ex: membrane OTM/HTM) eficiente, stabile și ieftine este esențială.

Căi Potențial Promițătoare: Pe baza maturității tehnologice și a provocărilor identificate:

HTSE/SOEC: Reprezintă probabil cea mai avansată cale pentru producția eficientă de hidrogen la temperaturi înalte, beneficiind de dezvoltările din domeniul SOFC. Cercetarea trebuie să se concentreze pe reducerea costurilor și îmbunătățirea durabilității pe termen lung a stack-urilor.
Cicluri Termochimice Avansate: Ciclurile cu ferite care operează la temperaturi moderate (<1400°C) sau ciclurile hibride cu temperaturi mai joase (ex: Cu-Cl la ~550°C) merită investigate în continuare, cu accent pe dezvoltarea unor materiale redox/intermediare stabile la ciclare și pe proiectarea eficientă a reactoarelor.

Recomandări pentru Cercetare și Dezvoltare:

Știința Materialelor: Intensificarea cercetării pentru dezvoltarea și testarea de noi aliaje, ceramici și acoperiri cu rezistență îmbunătățită la coroziune în medii specifice (alcalii/săruri topite la T înaltă, acizi la T înaltă, abur/H₂). Dezvoltarea de protocoale standardizate pentru testarea durabilității pe termen lung în condiții relevante.
Cataliză și Materiale Redox: Concentrarea pe îmbunătățirea stabilității pe termen lung a catalizatorilor pentru descompunerea aburului (prevenirea sinterizării și oxidării) și a materialelor redox pentru ciclurile termochimice (prevenirea degradării structurale și a pierderii reactivității la ciclare).
Tehnologia Membranelor: Accelerarea dezvoltării membranelor OTM și HTM cu flux ridicat, selectivitate perfectă, stabilitate chimică și mecanică pe termen lung în condiții de operare severe și costuri reduse.
Validarea Conceptelor Noi: Conceptele speculative, precum termoliza alcalină/cu săruri sau sistemul hibrid NiO/NaOH, necesită studii experimentale fundamentale pentru a demonstra fezabilitatea de principiu și pentru a evalua realist provocările, în special cele legate de materiale.
Analiza Integrată a Sistemelor: Evaluarea tehnologiilor trebuie să depășească analiza componentelor individuale și să includă modelarea și analiza tehno-economică a sistemelor integrate (incluzând sursa de căldură, reactorul, separarea, recuperarea căldurii) pentru a determina eficiența și costurile reale la scară relevantă.

În concluzie, deși există multiple căi teoretice pentru a reduce temperatura de termoliză a apei fără implicarea carbonului, realizarea practică a acestora la scară industrială necesită depășirea unor provocări științifice și inginerești majore, în special în domeniul materialelor și al separărilor la temperatură înaltă. HTSE și ciclurile termochimice avansate par a fi cele mai promițătoare direcții pe termen mediu și lung, condiționate de progrese continue în aceste domenii critice.

Lucrări citate

Water splitting - Wikipedia, accesată pe aprilie 22, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Water_splitting
Hydrogen Production from Water, accesată pe aprilie 22, 2025, http://www.eolss.net/sample-chapters/c08/e3-13-03.pdf
Materials-Related Aspects of Thermochemical Water and Carbon ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5449008/
Overview of Thermochemical Water Splitting Cycles for Nuclear ..., accesată pe aprilie 22, 2025, http://large.stanford.edu/courses/2024/ph241/fontani-herreros2/
Hydrogen Production: Thermochemical Water Splitting - Department of Energy, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-thermochemical-water-splitting
www.iaea.org, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.iaea.org/sites/default/files/gc/gc57inf-2-att1_en.pdf
Hydrogen production via electrochemical vs. thermal pathway - CIC energiGUNE, accesată pe aprilie 22, 2025, https://cicenergigune.com/en/blog/hydrogen-production-via-electrochemical-vs-thermal-pathway
Phase-Controlled NiO Nanoparticles on Reduced Graphene Oxide ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8708175/
Hydrogen production from water electrolysis: role of catalysts - PMC - PubMed Central, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7878665/
Coupled electrocatalytic hydrogen production - City University of Hong Kong, accesată pe aprilie 22, 2025, http://www.cityu.edu.hk/phy/appkchu/Publications/2024/24.93.pdf
Water electrolysis: from textbook knowledge to the latest scientific strategies and industrial developments - Chemical Society Reviews (RSC Publishing) DOI:10.1039/D0CS01079K, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/cs/d0cs01079k
A Review on Recent Progress in the Integrated Green Hydrogen Production Processes, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/1996-1073/15/3/1209
Hydrogen Separation and Purification from Various Gas Mixtures by Means of Electrochemical Membrane Technology in the Temperature Range 100–160 °C - MDPI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2077-0375/11/4/282
Simplify Materials Selection, Guide (CORP-0171 - Swagelok, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/en/CORP-0171.pdf
Perovskite Membranes: Advancements and Challenges in Gas Separation, Production, and Capture - PMC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10384722/
Sulfur–iodine cycle - Wikipedia, accesată pe aprilie 22, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur%E2%80%93iodine_cycle
Biochar As a Precursor of Activated Carbon | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/5292323_Biochar_As_a_Precursor_of_Activated_Carbon
Water splitting by MnFe2O4/Na2CO3 reversible redox reactions - PMC - PubMed Central, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9627460/
Corrosion resistance of stainless steel - Outokumpu, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.outokumpu.com/en/expertise/stainless-basics/corrosion-resistance
www.specialmetals.com, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.specialmetals.com/documents/aqueous-corrosion-handbook.pdf
www.parrinst.com, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.parrinst.com/wp-content/uploads/downloads/2011/07/Parr_Zirconium-Corrosion-Info.pdf
Corrosion Resistance of Common Instrument Materials - Just Measure it, accesată pe aprilie 22, 2025, https://zeroinstrument.com/corrosion-resistance-of-common-instrument-materials/
High-Temperature Steam Electrolysis | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/277691627_High-Temperature_Steam_Electrolysis
Recent advances in high temperature electrolysis using Solid Oxide Fuel Cells: A review, accesată pe aprilie 22, 2025, https://digital.csic.es/bitstream/10261/53764/4/Recent%20advances%20in%20high%20temperature.pdf
Degradation Issues in Solid Oxide Cells During High Temperature Electrolysis - DSpace@MIT, accesată pe aprilie 22, 2025, http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/117078/377_1.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Review—Materials Degradation of Solid Oxide Electrolysis Cells - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/304009532_Review-Materials_Degradation_of_Solid_Oxide_Electrolysis_Cells
Degradation of solid oxide electrolysis cells: Phenomena, mechanisms, and emerging mitigation strategies—A review (Journal Article) - OSTI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.osti.gov/biblio/1848765
Hydrogen Insertion into Complex-Phase High-Strength Steel during ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2075-4701/12/4/624
Salt Effects in Hydrothermal Synthesis - Publikationsserver der Universität Regensburg, accesată pe aprilie 22, 2025, https://epub.uni-regensburg.de/27112/1/thesis_SA.pdf
Aqueous Syntheses of Forsterite (Mg2SiO4) and Enstatite (MgSiO3) - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/226385589_Aqueous_Syntheses_of_Forsterite_Mg2SiO4_and_Enstatite_MgSiO3
High Temperature Advanced Structural Composites. Volume 2. Ceramic Matrix Composites, Fiber Processing and Properties, and Inter - DTIC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA267023.pdf
Evaluation of Bunsen Reaction and Phase Separation in Continuous Reactor, accesată pe aprilie 22, 2025, http://www.hbni.ac.in/phdthesis/engg/ENGG01201304032.pdf
Polymer-Derived SiOC/ZrO2 Nanocomposites with Excellent High-Temperature Stability | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/227651364_Polymer-Derived_SiOCZrO2_Nanocomposites_with_Excellent_High-Temperature_Stability
Development and Testing of Dry Chemicals in Advanced Extinguishing Systems for Jet Engine Nacelle Fires. - DTIC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA174406.pdf
The American Ceramic Society 48th International Conference & Exposition on Advanced Ceramics and Composites ABSTRACT BOOK, accesată pe aprilie 22, 2025, https://ceramics.org/wp-content/uploads/2024/01/12.15.ICACC24_Abstracts-3-1.pdf
Combined methods for liquid radioactive waste treatment - Scientific, technical publications in the nuclear field | IAEA, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/te_1336_web.pdf
Corrosion resistance of structural materials in high-temperature aqueous sulfuric acids in thermochemical water-splitting iodine–sulfur process | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/257175824_Corrosion_resistance_of_structural_materials_in_high-temperature_aqueous_sulfuric_acids_in_thermochemical_water-splitting_iodine-sulfur_process
Review of Material Selection for Corrosion-Resistant Alloy Pipelines - Engineered Science Publisher, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.espublisher.com/uploads/article_pdf/es1373.pdf
Catalytic Hydrogen Production from Methane: A Review on Recent Progress and Prospect, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2073-4344/10/8/858
A Short Review on Ni Based Catalysts and Related Engineering Issues for Methane Steam Reforming - MDPI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2073-4344/10/3/352
Thermocatalytic Hydrogen Production Through Decomposition of Methane-A Review - PMC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8576817/
(PDF) Thermo-catalytic methane decomposition: A review of state of the art of catalysts, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/286936359_Thermo-catalytic_methane_decomposition_A_review_of_state_of_the_art_of_catalysts
Role of Fe Species of Ni-Based Catalysts for Efficient Low-Temperature Ethanol Steam Reforming | JACS Au - ACS Publications, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.1c00217
(PDF) Supra Hydrolytic Catalysis of Ni3Fe/rGO for Hydrogen Generation - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/360438666_Supra_Hydrolytic_Catalysis_of_Ni3FerGO_for_Hydrogen_Generation
Thermocatalytic Decomposition of Methane: A Review on Carbon-Based Catalysts - PMC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10433352/
Catalytic decomposition of methane: Ni-promoted perovskite oxide catalysts for turquoise hydrogen and carbon nanomaterials Co-production - OAE Publishing Inc., accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.oaepublish.com/articles/energymater.2024.53
Methane pyrolysis for hydrogen production: navigating the path to a net zero future, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2025/ee/d4ee06191h
HydroGEN: High-Temperature Electrolysis, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/review19/p148b_boardman_2019_p.pdf?Status=Master
High-Temperature Steam Electrolysis Process Performance and Cost Estimates - Idaho National Laboratory, accesată pe aprilie 22, 2025, https://inldigitallibrary.inl.gov/sites/sti/sti/Sort_60759.pdf
Energy Clusters Offshore: A Technology Feasibility Review - NREL, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.nrel.gov/docs/fy25osti/90404.pdf
Technology Readiness Level of Solar Thermochemical Splitting ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c00181
A critical review on integrated system design of solar thermochemical water-splitting cycle for hydrogen production, accesată pe aprilie 22, 2025, http://2011cpr.zju.edu.cn/attachments/2023-02/01-1676429555-12513.pdf
Sodium Manganese Ferrite Water Splitting Cycle: Unravelling the Effect of Solid–Liquid Interfaces in Molten Alkali Carbonates - PMC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11231967/
Metal Oxides Applied to Thermochemical Water-Splitting for Hydrogen Production Using Concentrated Solar Energy - MDPI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2305-7084/3/3/63
Solar Thermochemical Water-Splitting Ferrite-Cycle Heat Engines | Request PDF, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/245367905_Solar_Thermochemical_Water-Splitting_Ferrite-Cycle_Heat_Engines
(PDF) A Comprehensive Review on Two-Step Thermochemical Water Splitting for Hydrogen Production in a Redox Cycle - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/360136514_A_Comprehensive_Review_on_Two-Step_Thermochemical_Water_Splitting_for_Hydrogen_Production_in_a_Redox_Cycle
Nanosheets of NiCo2O4/NiO as Efficient and Stable Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction | ACS Omega - ACS Publications, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.7b00957
Heat treatment of electrodeposited NiO films for improved catalytic water oxidation | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/283163031_Heat_treatment_of_electrodeposited_NiO_films_for_improved_catalytic_water_oxidation
High-temperature electrolysis - Wikipedia, accesată pe aprilie 22, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_electrolysis
1 Progress in Thermochemical Water Splitting with the Cu-Cl Cycle for Hydrogen Production G. F. Naterer1*, S. Suppiah2, M. A. R - CORE, accesată pe aprilie 22, 2025, https://core.ac.uk/download/pdf/211574839.pdf
Performance and Energy Utilization Review of a Sulfur-Iodine Cycle Combined with Different Power Cycles for a Hydrogen Productio, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.cder.dz/A2H2/Medias/Download/Proc%20PDF/posters/%5BGII%5D%20Production%20from%20electrolysis%20&%20thermochemical%20cycles/619.pdf
hydrogen production by the ga sulfur-iodine process, a progress report - OSTI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.osti.gov/servlets/purl/5416946
Hydrogen Separation Membranes: A Material Perspective - MDPI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/1420-3049/29/19/4676
Advances in OTM Technology for IGCC - Fischer-Tropsch Archive, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.fischer-tropsch.org/DOE/DOE_reports/40437/40437-Conf_Paper/40437-Conf_Paper.pdf
A review on dual-phase oxygen transport membranes: from fundamentals to commercial deployment - RSC Publishing Home, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ta/d1ta07898d
Stable, asymmetric, tubular oxygen transport membranes of (Sc2O3)0.10(Y2O3)0.01(ZrO2)0.89 - CSIC Digital, accesată pe aprilie 22, 2025, https://digital.csic.es/bitstream/10261/304459/1/Stable_asymmetric_tubular.pdf
Chemical Environment-Induced Mixed Conductivity of Titanate as a Highly Stable Oxygen Transport Membrane - PMC, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6742913/
High Temperature Ceramic Membranes for Energy Technology Applications, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.anl.gov/event/high-temperature-ceramic-membranes-for-energy-technology-applications
NAnostructured Surface Activated ultra-thin Oxygen Transport Membrane | NASA-OTM | Project | News & Multimedia | FP7 - CORDIS, accesată pe aprilie 22, 2025, https://cordis.europa.eu/project/id/228701/reporting
Co2MnO4/Ce0.8Tb0.2O2−δ Dual-Phase Membrane Material with High CO2 Stability and Enhanced Oxygen Transport for Oxycombustion Processes - ACS Publications, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.3c02606
Exploring the performance of dual-phase oxygen transport membranes for carbon capture purposes - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/321872069_Exploring_the_performance_of_dual-phase_oxygen_transport_membranes_for_carbon_capture_purposes
Oxygen permeation studies in surface Pd- activated asymmetric Ce0.9Gd0.1O1.95 membranes for application in CO2 and CH4 environments - Digital CSIC - Consejo Superior de Investigaciones Científicas, accesată pe aprilie 22, 2025, https://digital.csic.es/bitstream/10261/205505/4/Oxygen_permeation.pdf
Enhanced stability of perovskite Pr0.6Sr0.4Fe0.9Nb0.1O3-δ oxygen transport membrane for water splitting | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/368550199_Enhanced_stability_of_perovskite_Pr06Sr04Fe09Nb01O3-d_oxygen_transport_membrane_for_water_splitting
Metallic Membranes for High Temperature Hydrogen Separation - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/262807908_Metallic_Membranes_for_High_Temperature_Hydrogen_Separation
DOE Hydrogen Program: 2007 Annual Merit Review and Peer Evaluation Report - NREL, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.nrel.gov/docs/fy07osti/42072.pdf
Physical and mechanical properties of a novel hydrogen transport membrane, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/311966421_Physical_and_mechanical_properties_of_a_novel_hydrogen_transport_membrane
Development of Dense Ceramic Membranes for Hydrogen Separation, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/review05/pdp_14_balachandran.pdf
TECHNOECONOMIC FEASIBILITY ANALYSIS OF HYDROGEN PRODUCTION BY INTEGRATED CERAMIC MEMBRANE SYSTEM, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/pdfs/30535t.pdf
Investigation of La1−xSrxCrO3−∂ (x ~ 0.1) as Membrane for Hydrogen Production - Semantic Scholar, accesată pe aprilie 22, 2025, https://pdfs.semanticscholar.org/8528/31185df7c7049d4ff97ef738d899fe0292e5.pdf
microporous ceramic membranes: Topics by Science.gov, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.science.gov/topicpages/m/microporous+ceramic+membranes
CO2 Capture - BIGCCS - International CCS Research Centre - SINTEF, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.sintef.no/en/projects/2009/bigccs-international-ccs-research-centre/bigccs_research/co2-capture/
J. J. Picciolo's research works | Argonne National Laboratory and, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/scientific-contributions/J-J-Picciolo-74931874
Proceedings of the 2000 U.S. DOE Hydrogen Program Review - NREL, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.nrel.gov/docs/fy01osti/28890.pdf
Computational Fluid Dynamics Modeling to Simulate a Combined Reforming Process for Syngas and Hydrogen Production - OSTI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.osti.gov/servlets/purl/1838964
(PDF) Corrosion resistant materials in high-pressure high-temperature oil wells: An overview and potential application of complex concentrated alloys - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/377196759_Corrosion_resistant_materials_in_high-pressure_high-temperature_oil_wells_an_overview_and_potential_application_of_complex_concentrated_alloys
High temperature corrosion of heat resisting alloys in steam ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://research.csiro.au/hyresearch/high-temperature-corrosion-of-heat-resisting-alloys-in-steam-hydrogen-rich-environments-related-to-hydrogen-production-and-utilisation/
Corrosion Analysis of Materials | Department of Energy, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.energy.gov/eere/h2awsm/corrosion-analysis-materials
High Temperature Materials Corrosion Challenges for Energy Conversion Technologies - The Electrochemical Society, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.electrochem.org/dl/interface/wtr/wtr13/wtr13_p069_073.pdf
Construction materials development in sulfur–iodine thermochemical water-splitting process for hydrogen production | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/245147571_Construction_materials_development_in_sulfur-iodine_thermochemical_water-splitting_process_for_hydrogen_production
Advances in Corrosion of High-Temperature Materials: Interfacial Migration and Alloy Design Strategies - MDPI, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.mdpi.com/2571-6131/7/4/121
2018 Annual Progress Report: DOE Hydrogen and Fuel Cells Program - NREL, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/73353.pdf
Potential of solar thermochemical water-splitting cycles: A review - ResearchGate, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/366088187_Potential_of_solar_thermochemical_water-splitting_cycles_A_review
Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle - Hydrogen Program, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/progress05/iv_g_2_pickard.pdf
Initial Assessment of Sulfur-Iodine Process Safety Issues and How They May Affect Pilot Plant Design and Operation - INL Digital Library - Idaho National Laboratory, accesată pe aprilie 22, 2025, https://inldigitallibrary.inl.gov/sites/sti/sti/3395075.pdf
ENGINEERING MATERIALS REQUIREMENTS ASSESSMENT FOR THE S-I THERMOCHEMICAL CYCLE, accesată pe aprilie 22, 2025, https://fusion.gat.com/pubs-ext/AnnSemiannETC/A24902.pdf
Sulfur Iodine Process Summary For the Hydrogen Technology Down-Selection - Idaho National Laboratory, accesată pe aprilie 22, 2025, https://art.inl.gov/NGNP/Subcontractors%20Documents/General%20Atomics/Sulfur%20Iodine%20Process%20Summary%20for%20the%20Hydrogen%20Technology%20Down-Selection.pdf
Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle - Hydrogen Program, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/review06/pd_15_pickard.pdf
A review and comparative evaluation of thermochemical water ..., accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/338331438_A_review_and_comparative_evaluation_of_thermochemical_water_splitting_cycles_for_hydrogen_production
High Temperature Electrolysis for Efficient Hydrogen Production from Nuclear Energy – INL Research Program Summary, accesată pe aprilie 22, 2025, https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/08/f18/fcto_2014_electrolytic_h2_wkshp_obrien1.pdf

Search This Blog

Pepinieră de idei

Scăderea temperaturii de termoliză a apei

Reanaliza Metodelor de Reducere a Temperaturii de Termoliză a Apei Fără Reacții cu Carbonul: Fezabilitate și Provocări

Lucrări citate

Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Amenajări hidrografice și forestiere pentru prevenirea inundațiilor cauzate de schimbările climatice

Pantofi cu impamantare

Ethiopia - Erta Ale industrial exploitation