REVISÃO DE TENDÊNCIAS DE MERCADO E SUSTENTABILIDADE DE GÁS DE SÍNTESE EM CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL

REVISÃO DE TENDÊNCIAS DE

MERCADO E SUSTENTABILIDADE DE GÁS DE SÍNTESE EM

CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL

Guilherme Cancelier dos Santos Universidade Federal de Santa Catarina

Evandro Cardozo da Silva

Universidade Federal de Santa Catarina Lauber de Souza Martins

Andrews University Elaine Virmond

Universidade Federal de Santa Catarina Elise Sommer Watzko

Universidade Federal de Santa Catarina

Objetivos

• Revisar as pesquisas mais recentes sobre produtos de gás de gaseificação, qualidade.

• Quais os contaminantes que prejudicam a célula de combustível

• Analisar a o uso de carvão e biomassa na gaseificação para gerar energia com células combustíveis

• Motivados pela demanda crescente de energia no país e no mundo

O que é uma célula combustível

As células a combustível são células galvânicas nas quais a energia de Gibbs de uma reação química é transformada em energia elétrica (por meio da geração de uma corrente).

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_de_combust%C3%ADvel

Aplicações de células combustíveis no mundo

• Aplicações onde existe calor e energia como em sistemas CHP

• Centro médico de Irvine, Califórnia e sistema de energia reserva na Verizon´s Garden City

• Transportes e veículos como GM, Honda e Nissan

Revista Pesquisa Fapesp Portal Energia

Aplicações de células combustíveis no mundo

Fórum RENAULT

Vantagens e Desafios da Tecnologia

• Vantagens de aplicação portátil ou estacionária

• Confiabilidade, baixas emissões de carbono, eficiência

• Flexibilidade para usar metanol, etanol, gás natural, biodiesel, monóxido de carbono, amônia e gás de síntese. (REFORMA)

• Hidrogênio puro difícil de encontrar e armazenar

• Ainda há muito o que se fazer em relação a materiais e armazenamento da energia para o hidrogênio

• Custo e competitividade

Gaseificação

• Gaseificação é a conversão de combustíveis fósseis, biomassa e resíduos em um gás de síntese para posterior utilização como energia limpa.

• Tipos de gaseificadores

https://pt.wikipedia.org/wiki/Gasog%C3%AAnio

Gás de Síntese

• Mistura de gás combustível que contém: Monóxido de Carbono, Hidrogênio, Nitrogênio, Dióxido de Carbono e Metano.

Processo de Produção de Gás de Síntese:

1- Geração de gás de síntese;

2- Recuperação de Calor Residual;

3- Processamento de Gás;

Dependendo da tecnologia de gaseificação, pode-se encontrar

quantidades significativas de: água, monóxido de carbono, metano e

vários outros componentes.

Particularidades para Geração de Hidrogênio para BIOMASSA

• Redução do tamanho das partícula do combustível a ser gaseificado contribui para o rendimento do gás de síntese e para o aumento da eficiência da conversão de carbono

• Outro fator que aumenta o rendimento de hidrogênio é a temperatura.

• Impurezas da Biomassa: material particulado, alcatrão, compostos de enxofre, HCl, espécies de metais alcalinos e amônias

• As impurezas podem afetar as células combustíveis

• Alta pureza pode ser alcançada com a seleção do processo de gaseificação,

parâmetros operacionais e uma considerável limpeza de gás de descarga

Particularidades para Geração de Hidrogênio para CARVÃO

• Mostra grande potencial para gaseificação

• Requer purificação adicional para que possa ser usado sem causar danos.

• Algumas impurezas observadas: As, Be, Cl, Cd, Cr, Hg, Na, K, P, Pb, Sb, Se, V e Zn

Revista Amanhã

Células Combustíveis

• Carvão e Biomassa são os combustíveis mais adequados para se utilizar em gaseificação para obtenção de hidrogênio.

• O processo de limpeza muito eficaz ainda se faz necessário. Anodo e eletrólitos podem ser muito afetados pelo envenenamento dos componentes do gás de síntese.

• As células de alta temperatura são as melhores para serem usada em gaseificação. São as MCFC, PAFC e SOFC.

• A alta temperatura de operação permite a reforma interna, permitindo até

mesmo impurezas sem danos a célula.

Células de combustível de baixa temperatura

• Nestes casos é necessário uma maior pureza de gás de síntese

• Elevados níveis de hidrogênio

• A limpeza incluiria a remoção de material particulado, compostos de enxofre, compostos de cloro, compostos de hidrogênio, hidrocarbonetos não reagidos e metais pesados.

• Contaminantes podem obstruir reatores, causar corrosão, envenenar

catalisadores ou impedir que a usina cumpra as licenças ambientais.

Impurezas e seus impactos no sistema SOFC

• Partículas de biomassa poderiam ter o mesmo tamanho dos poros dos anodos trazendo problemas de rendimento e obstrução

• Estudos comprovam que a presença de H2S, HCl e naftaleno na gaseificação da biomassa não afetariam de forma expressiva o desempenho do ânodo

• Estudos foram realizados na gaseificação de carvão usando células SOFC.

Utilizando o anodo Ni-YSZ. A presença de Hg, Si, Zn, NH3 não afeta fortemente o desempenho.

• Cd e Se levam a deterioração dos ânodos da SOFC até certo ponto.

Impurezas e seus impactos no sistema SOFC

• As espécies Cl, As, Sb e P causam severa degradação dos ânodos de SOFC.

• A diminuição de desempenho devido a presença de H2S é geralmente atribuída a adsorção de H2S na superfície do ânodo Ni-YSZ reduzindo a região efetiva para reações eletroquímicas.

• Desenvolvimento de novos materiais de ânodo que resistam a

impurezas e ao envenenamento aumentaria a eficiência e

funcionalidade das células.

Processos de Limpeza de Contaminantes

• É de suma importância para garantir que o gás de síntese esteja limpo e apto a ser usado nas células combustíveis

• Os principais custos da etapa de remoção de contaminantes são 1 - 35% correspondem as duas etapas de compressão

2 - 30% remoção de partículas, alcatrões e alcalinos

3 - 35% remoção de halogenetos H2S e CoS

Nos sistemas de MCFC para biomassa os principais custos são é limpeza

de gás quente e compressão de gás aumentando os custos e usando

absorventes de H2S e CoS

CONCLUSÃO

• O Brasil utiliza a biomassa em inúmeras atividades, principalmente no setor agrícola

• Geração de calor e gases está aplicado em diversas industrias e secagem de grãos

• Implementar tecnologias de uso das células combustíveis em cenários onde se usa a geração de calor na indústria e agropecuária seria uma forma refinada de valorizar os recursos energéticos que hoje são bem primitivos.

• Existem inúmeras possibilidades de aplicações de tecnologias, em

especial no Brasil.

Futuro (Japão)

Toshiba Tóquio residencial de gás do sistema de

células de combustível, a células de combustível

Expo, Tóquio Grande Site, Tóquio, Japão, 27 Fev

2009.

Refererências

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