Produção de hidrogénio por fotoeletrólise da água – aproveitamento do subproduto oxigénio

A noção de Economia relativa ao Hidrogénio no vocabulário dos líderes políticos e empresariais tem vindo a mudar sobretudo pela preocupação da poluição global, segurança energética e mudanças climáticas, para além do crescente domínio técnico dos cientistas e engenheiros. O interesse neste composto, que é o elemento mais simples e abundante no universo, está a crescer, devido aos avanços tecnológicos das células de combustível – as potenciais sucessoras das baterias dos aparelhos portáteis eletrónicos, centrais elétricas e motores de combustão interna. Existem métodos já bem desenvolvidos para produzir o hidrogénio. Contudo, destacase a eletrólise da água, não só por ser um método simples mas porque pode utilizar recursos energéticos renováveis, tais como, o vento ou os painéis fotovoltaicos, e aumentar a sua eficiência. Os desafios para melhorar a utilização deste método consistem em reduzir o consumo, a manutenção e os custos energéticos e aumentar a confiança, a durabilidade e a segurança. Mais ainda, consistem em rentabilizar o subproduto oxigénio pois é um gás industrial e medicinal muito importante. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade económica da instalação de uma unidade de produção de hidrogénio e oxigénio puros por eletrólise da água, utilizando como fonte energética a energia solar, na empresa Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., pretendendo num futuro próximo, comercializar o hidrogénio como fonte de energia, e por outro lado, aproveitar o subproduto oxigénio para utilização industrial. Projetou-se assim uma unidade utilizando um eletrolisador da marca Proton, modelo C30, com capacidade de produção gasosa de 3 kg/h (30 m3/h) de hidrogénio e 20 kg/h (15 m3/h) de oxigénio. Os gases produzidos são comprimidos num compressor da marca RIX a 200 bares para posterior armazenamento em cilindros pressurizados. Dimensionou-se ainda um sistema de miniprodução fotovoltaico com potência 250 kW para alimentar eletricamente a instalação. A realização do projeto na nova área de produção necessitará de 1.713.963€, os quais serão adquiridos por empréstimo bancário. Definiram-se todos os custos fixos associados ao projeto que perfazem um total de 62.554€/mês para os primeiros 5 anos (duração do crédito bancário) findo o qual diminuirão para 21.204€/mês. Da comercialização do hidrogénio, do oxigénio industrial e da eletricidade produzida no sistema de miniprodução de 250 kW, prevê-se um lucro mensal de 117.925€, perfazendo assim um total líquido mensal positivo de 55.371€ durante os primeiros 5 anos e a partir daí de 96.721€/mês, resultando uma amortização do investimento inicial no final do 3º ano.

The hydrogen economy notion has been changing in the political and business leader’s vocabulary mainly because of the preoccupation about global pollution, energy security and climate changes, in addition to the growing technical mastery from scientists and engineers. The interest in this composite, which is the most simple and abundant element in the universe, is growing due to the technological advancements in fuel cells – the potential successors from the batteries on portable electronic devices, power plants and internal combustion engines. There are several well implemented methods to produce hydrogen. However, the water electrolysis stands out, not only because it is a simple method but also because it can use renewable energy resources, such as the wind or photovoltaic panels, increasing his efficiency. The challenges to improve this method’s use consist in reducing consumption, energy cost and maintenance and increasing reliance, durability and security. Furthermore, consists in monetize the byproduct oxygen which is a very important medical and industrial gas. In this study, a research has been made to determinate the economic viability of installing a pure hydrogen and oxygen production unit by water electrolysis using solar energy as the energy source, in the enterprise Gasoxmed – Gases Medicinais S.A., intending in the near future to commercialize hydrogen as an energy source, and on the other hand the byproduct oxygen for industrial use. A production facility has been designed using an electrolyzer of the brand Proton, model C30, with a gaseous production capacity of 3 kg/h (30 m3/h) of hydrogen and 20 kg/h (15 m3/h) of oxygen. The gases will be compressed in a compressor RIX for subsequent storage at 200 bars in pressurized cylinders. A photovoltaic miniproduction system has been scaled up with 250 kW of power to feed the installation. To carry out the project in a new production area, it will be necessary an amount of 1.713.963€, which will be acquired by a bank loan. All the fixed costs associated with the project have been set up for a total of 62.554€/month for the first 5 years, bank credit duration, after which the fixed costs will decrease to 21.204€/month. From the commercialization of hydrogen, industrial oxygen and electricity produced in the miniproduction system of 250 kW, it is anticipated a monthly profit of 117.925€, thus making a positive monthly net total of 55.371€ for the first 5 years and 96.721€ thereafter, resulting in an amortization of the initial investment at the end of the 3rd year.