Eficiência na Produção de Hidrogénio por Electrólise. Paulo S.D. Brito

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1 Bioenergia Portugal 2015 Portalegre, 28/05/2015 Eficiência na Produção de Hidrogénio por Electrólise Paulo S.D. Brito 28 de Maio 2015 Tópicos 1. Enquadramento 2. Armazenamento de energia 3. Eléctrodos NiOOH - Procedimento experimental - Resultados - Conclusões 1

2 EU Objectivos até 2020 Uma redução de 20% das emissões de gases de efeito estufa aos níveis de 1990; Aumento da quota de consumo energético da UE produzida a partir de fontes renováveis para 20%; Uma melhoria de 20% na eficiência energética da UE. EU Objectivos Redução de 60-80% das emissões de gases com efeito de estufa 70% de redução da utilização de petróleo 2

3 Quota consumo ER Média EU-27 12,5% Incorporação Biocombustíveis 2010 Média EU-27 em ,7% 3

4 Bioenergia Portugal 2015 Portalegre, 28/05/2015 Questões 1. Como podemos produzir combustíveis a partir de fontes sustentáveis? 2. Como armazenar o excesso de energia produzida a partir das fontes renováveis? Combustíveis de 2ª geração Biomassa não alimentar Celulose e fibras vegetais Microalgas Resíduos Efluentes 4

5 Bioenergia Portugal 2015 Portalegre, 28/05/2015 Armazenamento de ER Baterias Ar-comprimido Hídrico Hidrogénio Supercapacitores SmartGrid 5

6 Hidrogénio Abundante Utilização sem impactos ambientais Elevado poder energético Produção Steam reforming Gaseificação térmica Biohidrogénio Electrólise Solar 6

7 Electrólise Utilização de energias renováveis Electrolisadores: Alcalinos, PEM H 2 electrolítico Desenvolvimento de sistemas integrados de produção e armazenamento de energia 7

8 H 2 electrolítico Desenvolvimento de electrolisadores eficientes para a produção de hidrogénio a partir de água e efluentes Desenvolvimento de eléctrodos eficientes e baratos à base de óxidos semicondutores e fotocatalíticos Electrolisadores baseados em eléctrodos de Pt são muito caros Eléctrodos de Ni óxido/hidróxido modificado tem sido apontado como solução promissora Procedimento experimental Modificação de eléctrodos AISI 304 SS (2 x 2 cm2 1 mm espessura da folha) com Ni, Cu, Ni e Cu misturas de óxidos e hidróxidos; Modificação por eletrodeposição em banhos de revestimento apropriados de Ni e Cu (soluções CH 3 COONa, Na 2 SO 4 e NiSO 4, ou CuNO 3 ); Tratamento térmico a 400 c para a estabilização da camada de óxido/hidróxido na superfície do substrato; Composição elementar dos eléctrodos foram determinantes antes e depois dos tratamentos; Eléctrodos modificado foram sujeitas a testes electroquímicos (CV e polarização catódica) em soluções 5M KOH a 298 K para avaliar das suas propriedades catalíticas 8

9 Resultados Análise elementar de XRF SS e SS modificado superfícies (percentagem em massa) confirmou a modificação Electrode Fe Ni Cu Mo Balance SS SS/Ni SS/Cu SS/Ni/Cu SS Stainless Steel AISI 304; SS/Ni Ni oxide/hydroxide modified SS; SS/Cu Cu oxide/hydroxide modified SS; SS/Ni/Cu mixed of Ni and Cu oxide/hydroxide modified SS Resultados Results Atividade catalítica do eletrodo modificado para a reação de evolução de hidrogênio em 5m KOH, a 298 K e 1 mv/s 9

10 Resultados Results Coeficientes Tafel de transferência e troca de correntes de densidade (j0) para a reacção de redução da água ajustada a partir dos dados experimentais pela a equação de Tafel: = a + b log j Electrode b [mv dec -1 ] α j 0 [ma cm -2 ] R 2 SS SS/Ni SS/Cu SS/Ni/Cu Coeficientes de tafel da oredem dos 120 mv/decade: 1. Volmer Step: H 2 O + M + e - MH ads + OH - Rate Determinung Step (RDS) 2. Tafel Step: MH ads + M Hads H 2 + 2M 3. Heyrovsky Step: H 2 O + MH ads + e- H 2 + M + OH- Conclusões Conclusion Os eléctrodos de SS modificados com óxidos de Ni e Cu Ni apresentaram elevada actividade catalítica para a reacção de redução do hidrogénio em meios alcalinos; Esta melhoria catalítica é explicada com base na interacção sinérgica intrínseca de cada um dos dois metais, Ni e Cu, com Fe 10

11 Obrigado pela vossa atenção 11