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Solar thermochemical hydrogen production using ceria zirconia solid solutions: Efficiency analysis

Bulfin, Brendan und Lange, Matthias und de Oliveira, Lamark und Roeb, Martin und Sattler, Christian (2016) Solar thermochemical hydrogen production using ceria zirconia solid solutions: Efficiency analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 41, Seiten 19320-19328. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.05.211. ISSN 0360-3199.

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Offizielle URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319916307650

Kurzfassung

In this work thermochemical hydrogen production using ceria zirconia redox materials of the form Ce1�xZrxO2, with x varied in the range 0e0.2, is investigated. A number of literature sources are used to fix the thermodynamic properties such as the partial molar entropies and enthalpies of reduction. From this, a full thermodynamic analysis of the fuel production is possible, where the heat required was assumed to be supplied by concentrated solar power. An efficiency model is presented and the materials are compared. The extent of reduction for a given temperature and oxygen partial pressure increases with increasing Zr concentration. However, the addition of Zr also has a negative effect on the oxidation reaction, requiring lower temperature oxidation and thus a larger temperature swing between the reaction steps. The thermodynamic analysis suggests that for cycles with a reduction temperature of 1773 K, the improvement in yield offered by Ce1�xZrxO2 does improve the efficiency, with Ce0.8Zr0.2O2 having the highest solar to fuel production efficiency of the materials considered. To achieve this efficiency the oxidation would need to be performed at lower temperature (�800 �C for Ce0.8Zr0.2O2) than is common in experimental demonstrations, and may be kinetically limited.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/108157/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Solar thermochemical hydrogen production using ceria zirconia solid solutions: Efficiency analysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bulfin, Brendanbrendan.bulfin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lange, MatthiasMatthias.Lange (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4747-0010NICHT SPEZIFIZIERT
de Oliveira, Lamarklamark.de-oliveira (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, Martinmartin.roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Juni 2016
Erschienen in:International Journal of Hydrogen Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:41
DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.05.211
Seitenbereich:Seiten 19320-19328
Verlag:Elsevier
ISSN:0360-3199
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cerium dioxide, Thermochemical cycle, Solar fuel, Ceria, Zirconia, CSP, Solar hydrogen
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Solare Brennstoffe
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SF - Solarforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe (alt)
Standort: Jülich , Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:24 Nov 2016 14:54
Letzte Änderung:03 Nov 2023 07:44

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