Produção de hidrogênio via reforma da amônia sobre catalisadores à base de níquel em um reator de microcanais

Resumo

A produção de hidrogênio (H2) é um tópico em alta, vivenciando um boom na área de pesquisa e desenvolvimento (P&D) e com perspectivas de continuar crescendo devido ao seu papel promissor na transição energética. A geração atual de H2 é baseada principalmente em combustíveis fósseis, porém, essa rota contribui para a emissão de gases de efeito estufa. Por outro lado, a produção de H2 verde por meio da eletrólise da água ainda é um processo caro, exigindo um alto consumo de energia elétrica e o uso do hidrogênio para mobilidade requer armazenamento em alta pressão, encarecendo ainda mais seu custo final. Nesse aspecto, uma rota mais econômica e alcançável para geração de H2 é a reforma de biocombustíveis ou de carreadores de hidrogênio livres de carbono, especialmente para aplicações a bordo para o setor de transporte. A amônia (NH3) é um dos produtos químicos mais produzidos mundialmente, sendo um carreador muito importante com quase 18% de H2 em peso, e com ausência de carbono em sua composição química, podendo produzir H2 livre de COx. Além disso, o NH3 oferece vantagens em termos de transporte devido à sua superior densidade de energia por volume superior em relação ao H2. Isso torna a amônia uma opção viável para ser utilizada na geração local de H2, exigindo menos custos com armazenamento e transporte. No entanto, o gás amônia é tóxico para os seres humanos e sua manipulação pode ser desafiadora. Então, para mitigar esse risco, uma abordagem mais interessante é usar uma solução de amônia com água, formando hidróxido de amônio (NH4OH), que pode ser um meio de minimizar esses perigos. Embora o craqueamento da amônia seja comumente realizado em reatores de leito fixo e leito fluidizado, o uso de microrreatores ainda é pouco explorado e apresenta várias vantagens, incluindo tamanho compacto, custos de fabricação reduzidos e possibilidade de utilização a bordo combinada com células a combustível. Além disso, microrreatores baseados em microcanais possuem uma grande área superficial, o que contribui para uma melhor eficiência de conversão e altos rendimentos de H2. Portanto, este projeto propõe a reforma de amônia e hidróxido de amônio para produção eficiente de H2 usando um reator de microcanais. Não há relato na literatura de reforma de NH4OH em microrreatores,portanto, esta é uma novidade científica. Um estudo completo envolvendo a combinação de simulação e abordagens experimentais será realizado para determinar os modelos termodinâmicos, cinética de reação e os parâmetros operacionais ótimos. Por meio da fabricação por impressão 3D, serão construídos reatores de microcanais impregnados com catalisadores à base de Ni para testes experimentais. Adicionalmente, técnicas avançadas de caracterização in situ serão empregadas para o melhor entendimento do comportamento dos catalisadores durante as reações de reforma. Dentro deste estudo, serão fornecidos dados muito interessantes para a comunidade científica com potencial para se tornar uma tecnologia transferida para as indústrias. (AU)