Eletrólise da água para produção de gás de síntese

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica Ramo de Processos Químicos

As necessidades energéticas em todo o globo têm vindo a aumentar ao longo da sua história. As últimas décadas foram marcadas pelo aumento do consumo de fontes de energia primária, onde as fontes renováveis têm sido continuamente mais consumidas. Para comprovar esta tendência, o consumo de energias renováveis em Portugal já representa cerca de 20 % do consumo de energia primária. O presente trabalho consiste na produção de gás de síntese a partir da eletrólise da água, utilizando elétrodos de grafite e uma solução alcalina como eletrólito. Deste modo, neste trabalho de investigação estudou-se o comportamento e respetiva otimização de diversos parâmetros, como a concentração e natureza do eletrólito, a temperatura inicial de ensaio e a tensão aplicada ao eletrolisador, tendo por base a avaliação dos principais outputs do processo, como é o caso do teor em monóxido de carbono e oxigénio, a percentagem de conversão de carbono em espécies gasosas carbonadas e o caudal de gases produzido. Os resultados mais favoráveis foram obtidos ao se utilizar hidróxido de sódio como eletrólito, a uma concentração de 0,4 M, uma temperatura inicial de ensaio de 35 C e uma tensão aplicada de 5 V. Deste modo, obtiveram -se teores de monóxido e dióxido de carbono e oxigénio iguais a 7,7, 2,0 e 8,9 %, respetivamente, intensidades de corrente e caudal de gases produzidos iguais a 2,45 A e cerca de 44,5 mL.min-1.

Abstract: Energy requirements across the globe have been increasing throughout its history. The last decades have been marked by increased consumption of primary energy sources, where renewable have been continuously consumed more. To prove this trend, the consumption of renewable energy in Portugal already represents about 20 % of primary energy consumption. This work consists in synthesis gas (syngas) production from water electrolysis, using graphite electrodes and an alkaline solution as electrolyte. Thus, this research work allows the study of the behavior and optimization of several parameters such as electrolyte type and concentration, initial temperature and electric potential to the electrolyser, based on the assessment of the main process outputs, such as syngas composition (mainly carbon monoxide and oxygen), carbon conversion to carbonaceous gas species, and flow rate of the generated syngas. The most favorable results were obtained when using sodium hydroxide as electrolyte, at a concentration of 0.4 M, an initial temperature of 35 C and an applied current of 5 V. In these conditions, was obtained yields of carbon monoxide and dioxide and oxygen equal to 7.7, 2.0 and 8.9 %, respectively, current intensity and flow rate of the generated syngas equal to 2.45 A and approximately 44.5 mL.min-1.