Design and analysis of a nuclear and wind-based carbon negative potassium hydroxide water-splitting cycle for hydrogen and ammonia production
Notice bibliographique
Résumé
• A new KOH thermochemical water splitting cycle with carbon capture is developed. • Nuclear-wind energy sources are used to meet the community needs. • In the case study, ammonia is generated for transatlantic export of hydrogen. • The energy and exergy efficiencies of KOH cycle are 45 % and 63 % at 591 °C. • The overall energy and exergy efficiencies of the integrated system are 33 % and 28 %. To achieve the net-zero target, clean energy sources, carbon-free fuels, and carbon capture are crucial pieces. The current study develops a new potassium hydroxide-based thermochemical water-splitting cycle and combines it with an ammonia export facility with community and data center. A sodium fast reactor and an offshore wind farm are considered to drive the integrated system to generate hydrogen, ammonia, electricity, heating and cooling. The proposed thermochemical water-splitting cycle uses 591 °C heat with a non-equilibrium reaction to generate hydrogen. The generated hydrogen is further used for ammonia generation via high-pressure ammonia reactor and pressure swing adsorption for nitrogen extraction from air. In the integration, sodium fast reactor provides the required heat to carry out integrated processes, where in high-temperature heat is distributed between the thermochemical cycle and the Rankine cycle, and the recovered heat is utilized in further processes. The proposed system is analyzed from thermodynamic aspects using energy and exergy approaches, supported by a parametric study. In addition, a time-dependent analysis is carried out under varying community and data center loads as well as varying wind speed, for each hour in a typical meteorological year. In the proposed integrated system, 230.4 MW of wind farm, 1 GW th of sodium fast reactor, a thermochemical cycle with 3.6 tonnes/hour hydrogen production and 78 tonnes/hour carbon capture capacities, a two-stage Rankine cycle, ammonia generator, and an absorption refrigeration cycle are considered. The energy and exergy efficiencies of newly developed five-step thermochemical cycle are 45.39 % and 62.78 % when reaction temperatures are considered as 240 °C for hydrogen generation and 591 °C for separation. For the integrated system, the overall energy and exergy efficiencies for the entire year are found as 32.61 % and 28.44 %.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».