Síntese de processo baseada em otimização aplicada à produção de hidrogênio via decomposição da amônia

• Processo: 25/26852-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2026
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Rita Maria de Brito Alves
• Beneficiário: Leonardo Antonio Cáceres Avilez
• Supervisor: Alexander William Dowling
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Notre Dame, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 24/08858-9 - Decomposição da amônia para produção de hidrogênio: Modelagem, simulação e otimização do processo, BP.DR
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ammonia decomposition | Green hydrogen | Mixed-integer nonlinear optimization | Process synthesis | Superstructure optimization | Síntese de processo e otimização

Resumo

A substituição das fontes de energia de origem fóssil por tecnologias limpas e renováveis continua sendo um dos principais desafios enfrentados pela comunidade científica, sendo o hidrogênio destacado como um vetor energético livre de carbono e com alta densidade energética. No entanto, o transporte e o armazenamento do hidrogênio representam desafios importantes para viabilizar essa transição energética. Nesse contexto, a amônia tem sido reconhecida como uma alternativa promissora para o transporte e o armazenamento de hidrogênio em fase líquida. A viabilidade dessa estratégia depende fortemente da eficiência dos processos de decomposição da amônia e subsequente separação do hidrogênio. Embora diversos projetos conceituais para processos de conversão de amônia em hidrogênio tenham sido reportados na literatura, ainda faltam estudos sistemáticos voltados à identificação da configuração de processo ótima por meio de uma seleção rigorosa de tecnologias. O projeto ótimo da decomposição da amônia e da subsequente purificação do hidrogênio pode ser abordado por meio da síntese de processos baseada em otimização, mais robusta que abordagens sequenciais tradicionais, pois permite identificar interações complexas entre as unidades de processo. Neste projeto, será formulada uma otimização multiobjetivo de superestrutura, na forma de um problema de programação não linear inteira mista, integrando diferentes tecnologias de reatores de decomposição da amônia e métodos de purificação do hidrogênio. A otimização multiobjetivo irá considerar critérios de desempenho técnico-econômico e ambiental. A otimização determinística será complementada por programação estocástica, de modo a avaliar a influência de incertezas exógenas, como preços de mercado, demanda por hidrogênio e custos de utilidades. Espera-se que os resultados deste estudo contribuam para o projeto ótimo de processos industriais de decomposição da amônia, oferecendo também uma base metodológica para o projeto ótimo de outros processos químicos. (AU)