Producción de Hidrógeno Verde en un Reactor Poroso de Water-Splitting

Abstract

En Chile se está desarrollando un proceso de descarbonización, donde se busca aprovechar el potencial de las energías renovables para la producción de hidrógeno verde (H2v). Los ciclos termoquímicos de water-splitting (WS) utilizando óxido de cerio (ceria) han sido ampliamente estudiados para estos fines. Se propone un modelo matemático 1D para investigar el proceso de producción de H2v mediante un reactor idealizado de WS. Las ecuaciones que rigen el modelo, como son la conservación de masa, energía y variación de concentración de vacancias, se resuelven mediante diferencias finitas, usando el Algoritmo de Thomas en un código in-house escrito en Fortran. Datos de la literatura respaldan las cinéticas de reacción. Resultados obtenidos muestran producciones de H2v de hasta 2000 micro-mol/g de ceria, con temperaturas máximas de 1100 K en reducción y 450-850 K en oxidación. El modelo matemático permitió reconocer parámetros que mejoran la producción de hidrógeno: (a) incrementar el aporte de concentración solar, permitir una mayor duración de la etapa, y aumentar la velocidad de entrada del nitrógeno, en la etapa de reducción; y (b) permitir una mayor duración de la etapa de oxidación.