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.

Produção de hidrogénio através da gasificação da biomassa

A procura de uma forma limpa de combustível, aliada à crescente instabilidade de preços dos combustíveis fósseis verificada nos mercados faz com que o hidrogénio se torne num combustível a considerar devido a não resultar qualquer produto poluente da sua queima e de se poder utilizar, por exemplo, desperdícios florestais cujo valor de mercado não está inflacionado por não pertencer à cadeia alimentar humana. Este trabalho tem como objetivo simular o processo de gasificação de biomassa para produção de hidrogénio utilizando um gasificador de leito fluidizado circulante. O oxigénio e vapor de água funcionam como agentes gasificantes. Para o efeito usou-se o simulador de processos químicos ASPEN Plus. A simulação desenvolvida compreende três etapas que ocorrem no interior do gasificador: pirólise, que foi simulada por um bloco RYIELD, combustão de parte dos compostos voláteis, simulada por um bloco RSTOIC e, por fim, as reações de oxidação e gasificação do carbonizado “char”, simuladas por um bloco RPLUG. Os valores de rendimento dos compostos após a pirólise, obtidos por uma correlação proposta por Gomez-Barea, et al. (2010), foram os seguintes: 20,33% “char”, 22,59% alcatrão, 36,90% monóxido de carbono, 16,05%m/m dióxido de carbono, 3,33% metano e 0,79% hidrogénio (% em massa). Como não foi possível encontrar valores da variação da composição do gás à saída do gasificador com a variação da temperatura, para o caso de vapor de água e oxigénio, optou-se por utilizar apenas vapor na simulação de forma a comparar os seus valores com os da literatura. Às temperaturas de 700, 770 e 820ºC, para um “steam-to-biomass ratio”, (SBR) igual a 0,5, os valores da percentagem molar de monóxido de carbono foram, respetivamente, 56,60%, 55,84% e 53,85%, os valores de hidrogénio foram, respetivamente, 17,83%, 18,25% e 19,31%, os valores de dióxido de carbono foram, respetivamente, 16,40%, 16,85% e 17,93% e os valores de metano foram, respetivamente, 9,00%, 8,95% e 8,83%. Os valores da composição à saída do gasificador, à temperatura de 820ºC, para um SBR de 0,5 foram: 53,85% de monóxido de carbono, 19,31% de hidrogénio, 17,93% de dióxido de carbono e 8,83% de metano (% em moles). Para um SBR de 0,7 a composição à saída foi de 54,45% de monóxido de carbono, 19,01% de hidrogénio, 17,59% de dióxido de carbono e 8,87% de metano. Por fim, quando SBR foi igual a 1 a composição do gás à saída foi de 55,08% de monóxido de carbono, 18,69% de hidrogénio, 17,24% de dióxido de carbono e 8,90% de metano. Os valores da composição obtidos através da simulação, para uma mistura de ar e vapor de água, ER igual a 0,26 e SBR igual a 1, foram: 34,00% de monóxido de carbono, 14,65% de hidrogénio, 45,81% de dióxido de carbono e 5,41% de metano. A simulação permitiu-nos ainda dimensionar o gasificador e determinar alguns parâmetros hidrodinâmicos do gasificador, considerando que a reação “water-gas shift” era a limitante, e que se pretendia obter uma conversão de 95%. A velocidade de operação do gasificador foi de 4,7m/s e a sua altura igual a 0,73m, para um diâmetro de 0,20m.

Efeito do teor em Y2O3 nos catalisadores suportados de 8%Ni/α-Al2O3 durante a reação de oxidação parcial do Metano para produção de Hidrogénio

Neste trabalho avaliou-se o desempenho de cinco catalisadores de Níquel suportados em α-Alumina, com diferentes teores em Ítria, durante a reação de Oxidação Parcial do Metano para a produção de Hidrogénio: 8%Ni/α-Al2O3, 8%Ni/2%Y2O3.α-Al2O3, 8%Ni/2,5%Y2O3.α-Al2O3, 8%Ni/5%Y2O3.α-Al2O3 e 8%Ni/Y2O3. Foram realizados testes catalíticos numa Unidade de Reação acoplada a um equipamento de análise, microGC. A reação decorreu à temperatura de 800 °C, num reator laboratorial de quartzo, durante 18 horas, com uma mistura pura de CH4 e O2 (Condição Concentrada). Os resultados demonstraram um aumento de atividade para os catalisadores de suporte misto com maior teor em Y2O3. Usando o mesmo procedimento, a reação de OPM foi realizada também para outra mistura reacional de CH4 e O2, mas agora diluída em Hélio (Condição Diluída). Estes resultados permitiram avaliar a velocidade de reação e a atividade dos catalisadores (TOF), para diferentes valores de temperatura, numa situação inicial de ausência de coque. Numa segunda etapa, avaliou-se o desempenho dos mesmos materiais durante 2 horas de reação à temperatura constante de 800 ℃. Finalmente, através da técnica de caraterização de XPS, identificaram-se as espécies presentes na superfície dos catalisadores. Os resultados sugerem que há formação de um composto intermediário NiYO3 formado entre o metal e o promotor Y2O3, conferindo atividade e estabilidade aos catalisadores e reduzindo a deposição de coque. O catalisador com maior teor em Y2O3 (8%Ni/5%Y2O3.α-Al2O3) foi o mais beneficiado com a adição do promotor, demonstrando melhor desempenho para a produção de H2 na Reação de Oxidação Parcial do Metano.

Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor de etanol utilizando catalisadores Cu/Ni/gama-Al2o3

Cu/Ni/gamma-Al2O3 catalysts were prepared by an impregnation method with 2.5 or 5% wt of copper and 5 or 15% wt of nickel and applied in ethanol steam reforming. The catalysts were characterized by atomic absorption spectrophotometry, X-ray diffraction, temperature programmed reduction with hydrogen and nitrogen adsorption. The samples showed low crystallinity, with the presence of CuO and NiO, both as crystallites and in dispersed phase, as well as of NiO-Al2O3. The catalytic tests carried out at 400 ºC, with a 3:1 water/ethanol molar ratio, indicated the 5Cu/5Ni/Al2O3 catalyst as the most active for hydrogen production, with a hydrogen yield of 77% and ethanol conversion of 98%.

Patentes depositadas em âmbito nacional como indicador de desenvolvimento das tecnologias de produção de hidrogênio

Brazil is considered a major player in relation to renewable energy sources. Since 2005, the MME have encouraged scientific and technological development to advance the hydrogen economy in the country. In this work we identified the patents based on hydrogen production filed by the INPI by evaluating the energy production in Brazil in conjunction with data held in the BNE and the prediction of hydrogen production made by the CGEE. It can be observed that the country needs substantial technological stimulation, but shows promise for producing renewable energy sources.

Produção de hidrogênio via fermentação anaeróbia - aspectos gerais e possibilidade de utilização de resíduos agroindustriais brasileiros

Biological production of hydrogen through anaerobic fermentation has received increasing attention and offers a great potential as an alternative process for clean fuel production in the future. Considering biological systems for H2 production, anaerobic fermentation stands out, primarily due to its higher production of H2 compared with other biological processes. In addition the possibility of using different agro-industrial wastes as substrates opens up infinite possibilities. The development and implementation of sustainable processes for converting renewable materials into different value-added products is essential for the full exploitation of Brazilian agro-industrial wastes.

Estudo de catalisadores de níquel suportados em cinza de casca de arroz na reforma de metano com dióxido de carbono visando a produção de hidrogênio e gás de síntese

Rice husk ash (RHA) is used as a silica source for several purposes, among them to obtain metal catalysts, as was done in this work. The catalysts were characterized by chemisorption, physisorption, thermal analyses (TG, DSC), X-ray diffraction, X-ray fluorescence, temperature-programmed reduction and scanning electron microscopy. The catalysts synthesized with different Ni loadings supported on RHA were applied to the reaction of dry reforming of methane. The reaction was tested at three temperatures of catalytic reduction (500, 600 and 700 ºC). All synthesized catalysts were active for the studied reaction, with different H2/CO ratios achieved according to degree of metallic dispersion.

Síntese e caracterização do líquido iônico tetrafluoroborato de 1-metil-3-(2,6-(S)-dimetiloct-2-eno)-imidazol como eletrólito para produção de hidrogênio via eletrólise da água

Ionic liquids (ILs) are organic compounds liquid at room temperature, good electrical conductors, with the potential to form as a means for electrolyte on electrolysis of water, in which the electrodes would not be subjected to such extreme conditions demanding chemistry [1]. This paper describes the synthesis, characterization and study of the feasibility of ionic liquid ionic liquid 1-methyl-3(2,6-(S)-dimethyloct-2-ene)-imidazole tetrafluoroborate (MDI-BF4) as electrolyte to produce hydrogen through electrolysis of water. The MDI-BF4 synthesized was characterized by thermal methods of analysis (Thermogravimetric Analysis - TG and Differential Scanning Calorimetry - DSC), mid-infrared spectroscopy with Fourier transform by method of attenuated total reflectance (FTIR-ATR), nuclear magnetic resonance spectroscopy of hydrogen (NMR 1H) and cyclic voltammetry (CV). Where thermal methods were used to calculate the yield of the synthesis of MDI-BF4 which was 88.84%, characterized infrared spectroscopy functional groups of the compound and the binding B-F 1053 cm-1; the NMR 1H analyzed and compared with literature data defines the structure of MDI-BF4 and the current density achieved by MDI-BF4 in the voltammogram shows that the LI can conduct electrical current indicating that the MDI-BF4 is a good electrolyte, and that their behavior does not change with the increasing concentration of water

Análise energética, exergética e ecológica da incorporação da produção de hidrogênio ao setor sucroalcooleiro

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise técnica e econômica de um reformador de etanol para produção de hidrogênio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise termoquímica de reformador de etanol: produção de hidrogênio para acionamento de uma célula combustível do tipo PEM de 1 KW

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise termoeconômica e ecológica da incorporação do processo de produção de hidrogênio em uma planta de produção de biodiesel

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Aspectos técnico, econômicos e ecológicos de processos de produção de hidrogênio

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Produção de hidrogênio por reforma a vapor de biogás

A new approach to generating clean energy has been studied by several researchers, among which one can highlight the steam reforming of biogas. The Biogas is result of decomposition of organic matter and it hasn’t been availed in the global level, instead, the biogas has been burned in flare or discarded into the atmosphere providing damage to the environment. The generation of vector biogas energy can be realized through its steam reforming and this work examines briefly the types of digesters used for biogas generation, studying the process of steam reforming to generate hydrogen as energy vector, analyzing each step in detail, seeking to adapt its main features an ethanol reformer for a biogas reformer. Besides this it is estimated the yield of the reform process and the boiler efficiency for efficiency of the process

Aspectos técnicos e ambientais da incorporação de novas tecnologias no setor sucroalcooleiro: produção de hidrogênio e gaseificação do bagaço

The purpose of this work is to study the incorporation of hydrogen production (Case A) and the process of gasification of sugarcane bagasse associated with combined cycle gas turbine and steam turbine (Case B) for Distillery Pioneers process. These technologies can be used to improve the energy supply in the sugarcane mill. Initially the processes for obtaining sugar and ethanol from sugarcane is discussed, with a theoretical introduction to hydrogen, the process of steam reforming and gasification of biomass (bagasse) by inserting a turbine associated with the recovery boiler gas. Subsequently makes up the energy and exergy analysis of the incorporation of the above technologies. In end stage makes it an ecological analysis considering or not the carbon cycle (photosynthesis), to determine the levels of emissions of pollutants, carbon dioxide equivalent, indicators of pollution and ecological efficiencies associated with technological developments proposed. It is concluded that hydrogen production by steam reforming of ethanol and gasification of bagasse are viable alternatives from the point of view of technical and environmental applications in the biofuels industry, contributing to the development of the sector in the country