Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Estudo e desenvolvimento de catalisadores para células a combustível visando o aumento de escala e avaliação da distribuição de corrente

O trabalho visa o desenvolvimento do sistema para medidas de distribuição de corrente e ampliação de escala (50 cm²) buscando aperfeiçoar as condições de preparação do conjunto eletrodo membrana (MEA) quanto às condições de operação da célula e avaliar a melhor geometria. Foram realizados estudos de síntese de catalisadores de Pt-M e avaliação do desempenho desses materias e das rotas de síntese utilizadas com objetivo de aplicar estes materias em sistemas de maior escala. A insuficiência do desempenho e estabilidade dos catalisadores são fatores que ainda inviabilizam o uso em larga escala das células a combustível de eletrólito polimérico sólido, destacando-se as perdas associadas ao desempenho do cátodo. Os catalisadores preparados foram nanopartículas bimetálicas PtM/C (M = Fe, Co e Ni) suportadas em carbono de elevada área superficial, por duas rotas sintéticas. Foram utilizadas as rotas: ácido fórmico e etilenoglicol modificado (EG). Em ambas as rotas se buscou catalisadores com alto grau de incorporação do segundo metal, tamanho de partícula pequeno e bom desempenho catalítico do cátodo. Observou-se que pela rota do ácido fórmico com modificações no processo de síntese é possível obter a incorporação nominal do segundo metal no catalisador, porém há desvantagem de o tamanho de partícula ser elevado. Pela rota do EG obteve-se catalisadores com pequeno tamanho de partícula, porém a incorporação do segundo metal mostrou-se ineficiente. Os estudos de ampliação de escala foram realizados em células de 50 cm2 variando-se as condições de operação; i) diferentes placas de distribuição de gás, e ii) diferentes valores de fluxo dos gases reagentes. Foi observado que a baixos fluxos de gases a quantidade de reagente é insuficiente para ser difundida por todo eletrodo, o que ocasiona reação apenas na região de entrada de gases no sistema, ocasionando uma rápida limitação em obter-se densidades de corrente alta. Pode-se observar que a diferença de desempenho entre as placas é pequena, porém a placa serpentina 6 apresentou melhor desempenho. O desempenho dos cátodos preparados com catalisadores comerciais e os sintetizados no laboratório nas células de 50 cm² mostrou sofrer bastante influência das condições de operação comparada com as células de 4,6 cm².

Controle da mistura ar/combustível em um motor a combustão interna: sistema em malha fechada.

O controle da mistura ar/combustível é muito importante para o correto funcionamento dos motores à combustão interna ciclo Otto. A relação entre o ar e o combustível influencia diretamente no funcionamento do motor, na emissão de poluentes e no consumo de combustível. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controle da mistura ar/combustível a partir do estudo de modelos de malha fechada deste sistema. Esse controle tem por objetivo manter a mistura o mais próxima possível do ponto estequiométrico, a fim de otimizar a taxa de conversão de gases poluentes pelo catalisador, e utiliza um sensor de oxigênio, conhecido como sonda lambda, para realizar a realimentação do sistema, indicando se a mistura está no ponto estequiométrico. Este trabalho também apresenta o desenvolvimento de um compensador em malha fechada para controlar a mistura a/c (ar/combustível) em outros pontos, além do estequiométrico, através do uso de uma sonda lambda de banda larga.

Desenvolvimento de um elemento combustível instrumentado para o reator de pesquisa IEA-R1

Após o aumento de potência do reator IEA-R1 de 2 MW para 5 MW observou-se um aumento da taxa de corrosão nas placas laterais de alguns elementos combustíveis e algumas dúvidas surgiram com relação ao valor de vazão utilizada nas análises termo-hidráulicas. A fim de esclarecer e medir a distribuição de vazão real pelos elementos combustíveis que compõe o núcleo do reator IEA-R1, um elemento combustível protótipo, sem material nuclear, chamado DMPV-01 (Dispositivo para Medida de Pressão e Vazão), em escala real, foi projetado e construído em alumínio. A vazão no canal entre dois elementos combustíveis é muito difícil de estimar ou ser medida. Esta vazão é muito importante no processo de resfriamento das placas laterais. Este trabalho apresenta a concepção e construção de um elemento combustível instrumentado para medir a temperatura real nestas placas laterais para melhor avaliar as condições de resfriamento do combustível. Quatorze termopares foram instalados neste elemento combustível instrumentado. Quatro termopares em cada canal lateral e quatro no canal central, além de um termopar no bocal de entrada e outro no bocal de saída do elemento. Existem três termopares para medida de temperatura do revestimento e um para a temperatura do fluido em cada canal. Três séries de experimentos, para três configurações distintas, foram realizadas com o elemento combustível instrumentado. Em dois experimentos uma caixa de alumínio foi instalada ao redor do núcleo para reduzir o escoamento transverso entre os elementos combustíveis e medir o impacto na temperatura das placas externas. Dada a tamanha quantidade de informações obtidas e sua utilidade no projeto, melhoria e capacitação na construção, montagem e fabricação de elementos combustíveis instrumentados, este projeto constitui um importante marco no estudo de núcleos de reatores de pesquisa. As soluções propostas podem ser amplamente utilizadas para outros reatores de pesquisa.

Preparation, characterisation and testing of CuO/Ce0.8Zr0.2O2 catalysts for NO oxidation to NO2 and mild temperature diesel soot combustion

CuO/ceria-zirconia catalysts have been prepared, deeply characterised (N2 adsorption–desorption isotherms at −196 °C, XRD, Raman spectroscopy, XPS, TEM and H2-TPR) and tested for NO oxidation to NO2 in TPR conditions, and for soot combustion at mild temperature (400 °C) in a NOx/O2 stream. The behaviour has been compared to that of a reference Pt/alumina commercial catalyst. The ceria-zirconia support was prepared by the co-precipitation method, and different amounts of copper (0.5, 1, 2, 4 and 6 wt%) were loaded by incipient wetness impregnation. The results revealed that copper is well-dispersed onto the ceria-zirconia support for the catalysts with low copper loading and CuO particles were only identified by XRD in samples with 4 and 6% of copper. A very low loading of copper increases significantly the activity for the NO oxidation to NO2 with regard to the ceria-zirconia support and an optimum was found for a 4% CuO/ceria-zirconia composition, showing a very high activity (54% at 348 °C). The soot combustion rate at 400 °C obtained with the 2% CuO/ceria-zirconia catalyst is slightly lower to that of 1% Pt/alumina in terms of mass of catalyst but higher in terms of price of catalyst.

PCDD/F Emissions from Light-Duty Diesel Vehicles Operated under Highway Conditions and a Diesel-Engine Based Power Generator

PCDD/F emissions from three light-duty diesel vehicles–two vans and a passenger car–have been measured in on-road conditions. We propose a new methodology for small vehicles: a sample of exhaust gas is collected by means of equipment based on United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA) method 23A for stationary stack emissions. The concentrations of O2, CO, CO2, NO, NO2 and SO2 have also been measured. Six tests were carried out at 90-100 km/h on a route 100 km long. Two additional tests were done during the first 10 minutes and the following 60 minutes of the run to assess the effect of the engine temperature on PCDD/F emissions. The emission factors obtained for the vans varied from 1800 to 8400 pg I-TEQ/Nm3 for a 2004 model year van and 490-580 pg I-TEQ/Nm3 for a 2006 model year van. Regarding the passenger car, one run was done in the presence of a catalyst and another without, obtaining emission factors (330-880 pg I-TEQ/Nm3) comparable to those of the modern van. Two other tests were carried out on a power generator leading to emission factors ranging from 31 to 78 pg I-TEQ/Nm3. All the results are discussed and compared with literature.

Evidences of the Cerium Oxide-Catalysed DPF Regeneration in a Real Diesel Engine Exhaust

The active phase Ce0.5Pr0.5O2 has been loaded on commercial substrates (SiC DPF and cordierite honeycomb monolith) to perform DPF regeneration experiments in the exhaust of a diesel engine. Also, a powder sample has been prepared to carry out soot combustion experiments at laboratory. Experiments performed in the real diesel exhaust demonstrated the catalytic activity of the Ce–Pr mixed oxide for the combustion of soot, lowering the DPF regeneration temperature with regard to a counterpart catalyst-free DPF. The temperature for active regeneration of the Ce0.5Pr0.5O2-containing DPF when the soot content is low is in the range of 500–550 °C. When the Ce0.5Pr0.5O2-containing DPF is saturated with a high amount of soot, pressure drop and soot load at the filter reach equilibrium at around 360 °C under steady state engine operation due to passive regeneration. The uncoated DPF reached this equilibrium at around 440 °C. Comparing results at real exhaust with those at laboratory allow concluding that the Ce0.5Pr0.5O2-catalysed soot combustion in the real exhaust is not based on the NO2-assisted mechanism but is most likely occurring by the active oxygen-based mechanism.

Catalytic performance of CuO/Ce0.8Zr0.2O2 loaded onto SiC-DPF in NOx-assisted combustion of diesel soot

This work presents a comparative study between the catalytic performance of the 2% CuO/ceria-zirconia powder catalyst and the same catalyst supported on silicon carbide DPF (Diesel Particulate Filter) towards NO oxidation reaction and soot combustion reaction. The ceria-zirconia catalyst was prepared by the co-precipitation method and 2 wt% copper was incorporated by the incipient wetness impregnation method. The catalyst was incorporated onto the ceramic support using a simple and organic solvent-free procedure by a simply dipping the DPF into an aqueous solution of the catalyst. The powder catalyst has been characterized using N2 adsorption at −196 °C, XRD and Raman Spectroscopy; whereas the catalytic coating morphology has been evaluated by SEM and the mechanical stability by an adherence test. Both catalyst configurations were tested for NO oxidation to NO2 and for soot combustion under NOx/O2. The results revealed that incorporation of the very active copper/ceria-zirconia catalyst onto SiC-DPF has been successfully achieved by a simple coating procedure. Furthermore, the catalytic coating has shown suitable mechanical, chemical and thermal stability. A satisfactory catalytic performance of the catalytic-coated filter was reached towards the NO oxidation reaction. Moreover, it was proved that the catalytic coating is stable and the corresponding coated DPF can be reused for several cycles of NO oxidation without a significant decrease in its activity. Finally, it was verified that the loose-contact mode is a good choice to simulate the catalytic performance of this active phase in a real diesel particulate filter.

Valorização da flora de Cusseque e Caiúndo no centro e sul de Angola e avaliação da biomassa lenhosa utilizada para combustível e construção

Tese de mestrado em Biologia da Conservação, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016