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Thermodynamics of CeO2 Thermochemical Fuel Production

Bulfin, Brendan und Call, Friedemann und Lange, Matthias und Lübben, O. und Sattler, Christian und Pitz-Paal, Robert und Shvets, Igor (2015) Thermodynamics of CeO2 Thermochemical Fuel Production. Energy and Fuels, 29, Seiten 1001-1009. ACS Publications. doi: 10.1021/ef5019912. ISSN 0887-0624.

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Offizielle URL: http://pubs.acs.org/journal/enfuem

Kurzfassung

In this work the thermodynamics of thermochemical fuel production using a CeO2 redox cycle are studied. The need to reduce the oxygen partial pressure in order to improve efficiency is investigated, with both sweep gas and vacuum pumping considered as methods of achieving this. At ambient pressure the cycles can be maximized with respect to the temperature swing, the minimum oxygen partial pressure, and the extent of the oxidation reaction. For reduction at 1500 °C the maximum efficiency was found to be 4.5%, which is significantly lower than the values found in previous studies. In Addition isothermal operation had very low efficiency (less than 2%) under all of the conditions considered. If the system is operated at lower than ambient pressure, the pumping efficiency will depend on the pressure. From an investigation of commercially available pumps the pressure dependence was given an analytical expression. The results showed the cycles have an optimal operating pressure and that using sweep gas, as well as pumping, only reduced the overall efficiency. The efficiency was maximized with respect to the temperature swing, the reduction pressure, and the extent of oxidation, giving a peak efficiency of 7.5% for a reduction temperature of 1500 °C. Reducing the pressure during reduction could also be beneficial due to improved reaction kinetics at lower pressure and an increased yield due to lower oxygen partial pressures. Recovering heat from both the high temperature ceria and the oxidation reaction, and using it as process heat, was also considered. With 60% of this heat being recovered, the peak efficiency for the 1500 °C pumped cycle increased to 11%. Finally the practicality of the cycles, in terms of the quantity of ceria required to maintain continuous operation, are considered, and some suggestions for improving the cycle are given.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/95535/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermodynamics of CeO2 Thermochemical Fuel Production
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bulfin, Brendanbulfinb (at) tcd.ieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Call, Friedemannfriedemann.call (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lange, Matthiasmatthias.lange (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lübben, O.Trinity College DublinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, Christianchristian.sattler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, Robertrobert.pitz-paal (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shvets, Igorivchvets (at) tcd.ieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 Januar 2015
Erschienen in:Energy and Fuels
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:29
DOI:10.1021/ef5019912
Seitenbereich:Seiten 1001-1009
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Klein, Michael T.mtklein (at) efuels.acs.orgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:ACS Publications
ISSN:0887-0624
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermochemical cycles, CeO2, ceria, fuel production, solar
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Konzentrierende Solarsysteme (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SF - Solarforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Verfahrenstechnik (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:24 Mär 2015 14:07
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:37

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