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Oxide particles as combined heat storage medium and sulphur trioxide decomposition catalysts for solar hydrogen production through sulphur-based cycles

Agrafiotis, Christos und Thomey, Dennis und de Oliveira, Lamark und Happich, Christoph und Roeb, Martin und Sattler, Christian und Tsongidis, Nikolaos und Sakellariou, Kyriaki und Pagkoura, Chrysoula und Karagiannakis, George und Konstandopoulos, Athanasios G. und Pomykalska, Daria und Zagaja, Marek und Janus, Dariusz (2019) Oxide particles as combined heat storage medium and sulphur trioxide decomposition catalysts for solar hydrogen production through sulphur-based cycles. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (20), Seiten 9830-9840. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.11.056. ISSN 0360-3199.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319918336383?via%3Dihub

Kurzfassung

Within the general framework of investigating novel routes for solar hydrogen production, the idea of combining a solar centrifugal particle receiver with sulphur thermochemical cycles, involving SO3 dissociation to SO2 and O2 as key step, is pursued. In this perspective, the present work concerns the synthesis, development, evaluation and characterisation of particles suitable to operate as media for direct solar irradiation absorption, transfer and storage as well as catalysts for the SO3 dissociation reaction. Commercial bauxite-based proppants were modified to incorporate raw materials with elements known for their catalytic activity with respect to the SO3 dissociation, namely iron, copper, manganese and their combinations. The catalytic activity of such modified proppants was tested in fixed bed reactor test rigs at 850 °C and ambient pressure with concentrated liquid sulphuric acid as feedstock. Extensive screening tests complemented by physicochemical properties measurements before and after catalytic testing, identified systems that at 850 °C, 1 atm and Gas Hourly Space Velocity of 11,800 h−1 could achieve high SO3 conversions (60%, corresponding to 68% of equilibrium value) for over 125 h of continuous operation. This performance was achieved without degradation of their mechanical strength which, in fact exhibited a slight increase from 53 N in the fresh state to 55 N after long-term exposure to reaction conditions. However such systems were susceptible to colour alteration, affecting adversely their absorptance in the 1000–2500 nm wavelength range. Compositions with the best combination of properties are scheduled for large-scale synthesis and on-site testing in a pilot-scale solar receiver.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/131036/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Oxide particles as combined heat storage medium and sulphur trioxide decomposition catalysts for solar hydrogen production through sulphur-based cycles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Agrafiotis, ChristosChristos.Agrafiotis (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomey, DennisDennis.Thomey (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6936-3350NICHT SPEZIFIZIERT
de Oliveira, Lamarklamark.de-oliveira (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Happich, ChristophSF-QLFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.roeb (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9813-5135NICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Tsongidis, NikolaosCERTH/CPERI APTLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sakellariou, KyriakiCERTH/CPERI APTLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pagkoura, ChrysoulaAPTL, CERTH-CPERINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karagiannakis, Georgegkarag (at) cperi.certh.grNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Konstandopoulos, Athanasios G.APTL, CERTH-CPERINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pomykalska, DariaBaltic CeramicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zagaja, MarekBaltic CeramicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Janus, DariuszBaltic CeramicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 April 2019
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:44
DOI:10.1016/j.ijhydene.2018.11.056
Seitenbereich:Seiten 9830-9840
Verlag:Elsevier
ISSN:0360-3199
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Hydrogen production; Concentrated solar power; Sulphur thermochemical cycles; Oxide catalysts
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Solare Brennstoffe
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:22 Nov 2019 15:36
Letzte Änderung:31 Okt 2023 14:53

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