Thermodynamic analysis of a Na-O-H thermochemical cycle coupled to a Gas Turbine Modular Helium Reactor (GTMHR)

Abstract

O hidrogênio (H2) é considerado um combustível limpo porque sua combustão libera calor, água e emissões de carbono quase nulas. Essa substância pode ser produzida por várias rotas, incluindo ciclos termoquímicos nos quais as moléculas de água são divididas em oxigênio e hidrogênio por meio de reações químicas específicas apoiadas por uma fonte de calor apropriada em condições de temperatura específicas. Existe uma grande variedade de ciclos termoquímicos em desenvolvimento, muitos deles requerem temperaturas superiores a 1000°C enquanto outros, como os ciclos U-Eu-Br, Mg-Cl e Cu-Cl podem operar abaixo de 550°C. A redução dos níveis de temperatura de um processo termoquímico permite a utilização de diversas opções energéticas, facilitando a produção de H2. Assim, o objetivo principal do trabalho é analisar a produção de hidrogênio de acordo com o processo termoquímico Na-O-H cujo calor requerido é fornecido por um Reator Modular de Hélio com Turbina a Gás (GT-MHR), uma usina nuclear (NPP) de baixo custo e baixas emissões de carbono. O Na-O-H é um processo químico fresco que pode operar em temperaturas próximas a 400°C. O sistema será estudado no software Engineering Equation Solver (EES) de acordo com a primeira e segunda leis da termodinâmica. Os resultados indicam que tal sistema pode produzir cerca de 3,654 kg/s de H2 considerando uma vazão mássica de 500 kg/s de hélio refrigerante a 850°C proveniente do GT-MHR.