Produção de hidrogênio a partir do etanol em microreatores para células combustíveis

• Processo: 21/08940-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de dezembro de 2021
• Vigência (Término): 30 de novembro de 2025
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Operações Industriais e Equipamentos para Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Rubens Maciel Filho
• Beneficiário: Bruna Gava Floriam
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 15/20630-4 - Desenvolvimento integrado de biorrefinaria e planta de bioetanol de cana-de-açúcar com emissão zero de CO2: rotas para converter recursos renováveis em bioprodutos e bioeletricidade, AP.TEM
• Assunto(s): Bioenergia Produção de hidrogênio Etanol Microrreatores Sinterização Células a combustível de óxidos sólidos Prototipagem rápida Simulação por computador
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Produção de hidrogênio | Prototipagem rápida | Simulação Computacional | Bioenergia

Resumo

O hidrogênio se apresenta como um combustível promissor e sua produção a partir da reforma a vapor de etanol renovável pode ser atraente tanto econômica como ambientalmente, se a tecnologia adequada for desenvolvida e empregada. Dentro deste contexto é necessária a investigação de possíveis soluções e sua avaliação, e dentre elas o emprego dos conceitos de intensificação de processos, que possibilita maiores taxas de transferência de calor e massa. No que se refere às reações químicas, e em específico neste projeto para a obtenção de hidrogênio a partir de etanol, reatores de microcanais (microrreatores com microcanais) podem ser usados para conduzir essa reação endotérmica e serem então combinados com uma célula de combustível para fornecer gás hidrogênio a estas. Este tipo de abordagem evita a produção de hidrogênio em locais específicos e seu armazenamento a altas pressões. Para a fabricação destes microrreatores, a tecnologia laser de sinterização 3D pode ser usada para manufaturar uma solução modular única para gerar eletricidade a partir de etanol e outras moléculas, por meio união dos módulos de reforma diretamente às células à combustível de óxido sólido (SOFC). Baseado no que foi exposto, esta pesquisa tem como objetivo desenvolver e testar reatores de microcanais para conduzir a reforma a vapor de etanol renovável, utilizando tecnologia de prototipagem rápida para a construção dos reatores, realizar testes de conversão e estabilidade do sistema, envolvendo testes eletroquímicos e consolidar os resultados por meio da caracterização de materiais para avaliação dos compostos formados durante a reação, incluindo os possíveis depósitos que prejudicam a reação no produto desejado. Para tanto serão propostos diferentes projetos de microrreatores e verificados seus desempenhos operacionais através de simulação computacional. Para a observação do impacto dos diferentes projetos dos microrreatores a análise dos campos de fluxos é necessária e a simulação por fluído dinâmica computacional (CFD) permite a predição dos campos de temperatura e concentrações no sistema. Deste modo as conversões e rendimentos para diferentes projetos serão preditas. Desta forma, é possível selecionar o projeto de microrreator mais adequado para a produção de hidrogênio, considerando inclusive a possível formação de depósitos que prejudicam a conversão. O hidrogênio produzido será direcionado para uma célula SOFC que também terá seu comportamento predito por simulação computacional permitindo uma avaliação global do processo. A célula a combustível a ser considerada é a célula combustível de óxido sólido (SOFC). (AU)