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Solar-driven thermochemical water splitting: 3D energy flow analysis of a volumetric fixed-bed reactor design

Lampe, Jörg und Henke, Sören und Menz, Steffen und Fend, Thomas (2024) Solar-driven thermochemical water splitting: 3D energy flow analysis of a volumetric fixed-bed reactor design. International Journal of Hydrogen Energy, 104, Seiten 584-598. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.08.386. ISSN 0360-3199.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.08.386

Kurzfassung

A promising alternative to established methods for solar hydrogen generation is direct water splitting via thermochemical two-step redox cycling, which has the potential for highly attractive solar-to-fuel efficiencies. This paper presents results of a 250-kW prototype fixed-bed reactor, utilizing a hemispherical-shaped porous metal foam absorber. A complex multi-physical simulation model has been developed with fine local resolution of the size of thin slices of absorber blocks. The focus of this paper is on local energy flow analysis of hot spots, characteristic behavior of absorber temperature distribution in case of nonuniform irradiation and resulting influence on efficiency. Further, balancing effects of surface temperature inhomogeneities are analyzed by varying thermal conductivity of reactor materials, thereby reducing both surface and radial temperature differences: increasing the conductivity of the used tape material by a factor of 5 (or 20) the overall plant efficiency can be substantially improved by roughly 50% or 100%, respectively.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220772/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Solar-driven thermochemical water splitting: 3D energy flow analysis of a volumetric fixed-bed reactor design
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lampe, JörgRFH – University of Applied Science, Cologne, Engineering Faculty, Energy Technologyhttps://orcid.org/0000-0002-0789-0371NICHT SPEZIFIZIERT
Henke, SörenRFH – University of Applied Science, Cologne, Engineering Faculty, Energy TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Menz, SteffenRFH – University of Applied Science, Cologne, Engineering Faculty, Energy TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fend, ThomasGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Future Fuelshttps://orcid.org/0000-0002-3556-9083NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 September 2024
Erschienen in:International Journal of Hydrogen Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:104
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.08.386
Seitenbereich:Seiten 584-598
Verlag:Elsevier
ISSN:0360-3199
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar fuels; Concentrated solar power; Water splitting; Hydrogen; Energy flow analysis; Physical modeling
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels > Solarchemische Verfahrensentwicklung
Institut für Future Fuels
Hinterlegt von: Thanda, Vamshi Krishna
Hinterlegt am:12 Dez 2025 09:24
Letzte Änderung:12 Dez 2025 09:24

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