Chu trình lưu huỳnh trong sản xuất năng lượng hydrogenHydrogen (H2) là nguồn năng lượng sạch vì
Chu trình lưu huỳnh trong sản xuất năng lượng hydrogen
Hydrogen (H2) là nguồn năng lượng sạch vì khi cháy chỉ tạo ra nước. Một trong những hướng sản xuất hydrogen “xanh” là dùng các chu trình nhiệt hóa học có lưu huỳnh (S) làm chất trung gian. Các chu trình này khai thác nguồn nhiệt cao, từ năng lượng mặt trời tập trung hoặc lò phản ứng hạt nhân, để tách nước thành H2 và O2 mà không phát thải CO2. Dưới đây là bốn chu trình tiêu biểu thuộc nhóm này.
1. Chu trình Sulfur–Iodine (S–I)
Chu trình gồm ba bước chính:
(1) Phản ứng Bunsen: I2 + SO2 + 2H2O → 2HI + H2SO4
(2) Phân hủy H2SO4 ở khoảng 830 °C: H2SO4 → SO2 + H2O + ½O2
(3) Phân hủy HI ở 450 °C: 2HI → H2 + I2
Phản ứng tổng quát: 2H2O → 2H2 + O2
Chu trình này vận hành khép kín, tận dụng nhiệt độ rất cao để tách nước. Nhờ đó, nó không cần nhiên liệu hóa thạch và không tạo CO₂. Tuy nhiên, S–I đòi hỏi vật liệu chịu ăn mòn và thiết bị đặc biệt để xử lý hỗn hợp axit đậm đặc. Hiện các nghiên cứu đang hướng tới việc ứng dụng chu trình này trong nhà máy điện hạt nhân nhiệt độ cao hoặc trạm điện mặt trời tập trung nhằm sản xuất hydrogen quy mô lớn.
2. Chu trình Hybrid Sulfur (HyS)
Chu trình HyS có hai giai đoạn:
(1) Nhiệt phân sulfuric acid: H2SO4 → SO2 + H2O + ½ O2
(2) Điện phân hỗn hợp SO2 và nước: SO2 + 2H2O → H2 + H2SO4
Phản ứng tổng: H2O → H2 + ½ O2
Điểm nổi bật của HyS là kết hợp nhiệt năng và điện năng: nguồn nhiệt cao dùng để phân hủy H2SO4, còn điện năng dùng cho quá trình điện phân SO2. Cách này giúp giảm điện áp điện phân so với điện phân nước thông thường, tiết kiệm năng lượng hơn. Chu trình HyS được đánh giá là khả thi, thích hợp trong các nhà máy điện hạt nhân hoặc nhà máy hóa chất có sẵn nguồn nhiệt dư, hướng tới sản xuất hydro “xanh” quy mô công nghiệp.
3. Chu trình Sulfur–Bromine (S–Br)
Chu trình S–Br hoạt động tương tự S–I nhưng thay iodine bằng bromine:
SO2 + 2HBr + H2O → H2SO4 + 2HBr
2HBr → H2 + Br2
Việc thay bromine giúp giảm nhiệt độ phân hủy của bước thứ hai, làm cho chu trình dễ vận hành hơn về mặt năng lượng. Tuy nhiên, bromine là chất độc, dễ bay hơi và có tính ăn mòn mạnh, do đó yêu cầu hệ thống kín và vật liệu bền đặc biệt. Chu trình này hiện được dùng chủ yếu trong nghiên cứu xúc tác và vật liệu chịu halogen, nhưng trong tương lai có thể áp dụng cho sản xuất hydrogen ở quy mô thí điểm.
4. Chu trình Sulfur–Ammonia (S–NH3)
Chu trình S–NH3 là hướng nghiên cứu mới, sử dụng ammonia làm chất trung gian. Phản ứng cơ bản: H₂S + (NH4)2SO4 → H2 + NH3 + H2O + S
Phản ứng xảy ra ở 300–500 °C, thấp hơn nhiều so với S–I và HyS. Quá trình ít ăn mòn hơn, tận dụng được nguồn lưu huỳnh từ công nghiệp dầu khí hoặc phân bón. Ammonia và lưu huỳnh sinh ra đều có thể thu hồi, giúp hệ thống tái sử dụng hoàn toàn. Dù còn trong giai đoạn thí nghiệm, S–NH₃ hứa hẹn là phương pháp hiệu quả, an toàn và thân thiện môi trường để sản xuất hydrogen quy mô vừa.
Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5 dưới đây:
Trong chu trình Sulfur–Bromine (S–Br), năng lượng dùng để phân hủy HBr thành H₂ và Br₂ thường được lấy từ nguồn nào sau đây nhằm đảm bảo tính bền vững và thân thiện môi trường?
Đáp án đúng là: C
Dựa vào thông tin bài đọc kết hợp hiểu biết cá nhân.
Đáp án cần chọn là: C
Chu trình Sulfur–Iodine (S–I) và chu trình Hybrid Sulfur (HyS) đều là các chu trình nhiệt hóa học có lưu huỳnh làm chất trung gian, trong đó cả hai đều sử dụng năng lượng nhiệt để phân hủy sulfuric acid và sinh ra hydrogen, nhưng khác nhau ở chỗ chu trình HyS có thêm giai đoạn điện phân, còn S–I thì hoàn toàn dựa vào phản ứng nhiệt hóa học.
Đáp án đúng là: A
Dựa vào thông tin bài đọc.
Đáp án cần chọn là: A
Nối chu trình với đặc điểm tương ứng của nó:
Sulfur–Ammonia (S–NH3)
Đáp án đúng là: 1-d; 2-b; 3-c; 4-a
Dựa vào thông tin ở bài đọc.
Đáp án cần chọn là: 1-d; 2-b; 3-c; 4-a
Một vòng vận hành của chu trình Hybrid Sulfur (HyS) sử dụng 1 000 mol H2SO4 đưa vào giai đoạn nhiệt phân (1). Hiệu suất nhiệt phân H2SO4 ở giai đoạn này là 80%. Hỗn hợp khí sau phản ứng được làm nguội, tách O2; phần SO2 và H2O đi sang giai đoạn điện phân (2) với hiệu suất chuyển hóa SO2 là 95%. Biết các phản ứng:
(1) Nhiệt phân sulfuric acid: H2SO4 → SO2 + H2O + ½ O2
(2) Điện phân hỗn hợp SO2 và nước: SO2 + 2H2O → H2 + H2SO4
Để phản ứng (2) xảy ra vừa đủ thì lượng nước cần cung cấp thêm là _____
Đáp án đúng là: 720
Ta có: nSO2 tạo thành = nH2O tạo thành = nH2SO4 . 80%
nSO2 (2) = nSO2 . 95%
nH2O cần = 2. nSO2 (2).
nH2O thêm = nH2O cần – nH2O tạo thành.
Đáp án cần điền là: 720
Giả sử một quốc gia muốn phát triển nhà máy sản xuất hydrogen “xanh” đặt gần khu công nghiệp lọc hóa dầu, nơi có nguồn khí H₂S dồi dào và nhiệt thải ở mức 400 °C, thì chu trình lưu huỳnh nào sau đây phù hợp nhất để áp dụng?
Đáp án đúng là: D
Phân tích đặc điểm của các chu trình để đưa ra chu trình phù hợp nhất.
Đáp án cần chọn là: D
Quảng cáo
Group 2K9 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí
>> 2K9 Học trực tuyến - Định hướng luyện thi TN THPT, ĐGNL, ĐGTD ngay từ lớp 11 (Xem ngay) cùng thầy cô giáo giỏi trên Tuyensinh247.com. Bứt phá điểm 9,10 chỉ sau 3 tháng, tiếp cận sớm các kì thi.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Hỗ trợ - Hướng dẫn
-
024.7300.7989
-
1800.6947
(Thời gian hỗ trợ từ 7h đến 22h)
Email: lienhe@tuyensinh247.com
