Produção de combustíveis sintéticos renováveis a partir de eletricidade, utilizando o conceito ELECTROFUEL

Transcrição

1 27 de novembro de 2014 Produção de combustíveis sintéticos renováveis a partir de eletricidade, utilizando o conceito ELECTROFUEL Luís Guerra ; João Gomes ; Jaime Puna ; José Rodrigues

2 Conteúdos Conceito ELECTROFUEL Aplicações do gás de síntese De gás de síntese para combustíveis líquidos Testes preliminares Perspetivas futuras 2 Conclusões

3 Combustíveis sintéticos são capazes de substituir a dependência do petróleo contribuem para atingir objetivos de baixo carbono Sem a necessidade de investimentos elevados para substituir as plataformas existentes permitem o desenvolvimento de tecnologias mais atrativas Hidrogénio ou Fuel Cells (tecnologia madura) 3

4 Energia renovável Fonte de carbono Conceito ELECTROFUEL Eletrólise da água Gás de síntese De energia e carbono para combustíveis líquidos Diesel (Síntese de Fischer-Tropsch) Metanol (Hidrogenação CO/CO 2 ) Metano (Processo de Sabatier) 4 Gasolina (Processo Mobil) DME (Tecnologia Topsoe)

5 Produção de gás de síntese pelo conceito ELECTROFUEL Um passo a partir da eletrólise da água sem separação dos gases com o uso de elétrodos de carbono/grafite em disco e um eletrólito alcalino O oxigénio produzido no ânodo reage com o carbono do elétrodo, produzindo CO e CO 2 C + 2 H 2 O CO H e - C + H 2 O CO + 2 H e - 4 HO - O H 2 O + 4 e - O hidrogénio é libertado diretamente do cátodo H 2 O + 2 e - 2 HO - + H 2 5 O gás de síntese é formado e utilizado como matéria prima para a produção de combustíveis sintéticos

6 6 Gás de síntese e as suas aplicações

7 Vantagens da tecnologia Uso de energia renovável como fonte energética Eólica e Solar Eletrolisadores: baratos e de construção fácil Capaz de competir com as tecnologias convencionais Steam reforming, gaseificação do carvão 7 Energia renovável: Armazenada no estado líquido (gasóleo, gasolina) a um custo competitivo Devido à sua simplicidade: Economicamente viável em escalas pequenas

8 De gás de síntese para combustíveis líquidos Parceiro do projeto: Desenvolvimento de um catalisador para a produção de metanol CuO+ZnO+Al 2 O 3 +MgO Catalisador de referência para testes REATOR SLURRY 8

9 Reator ELECTROFUEL Purificação Reator de combustível Água com eletrólito Eletrolisador Reservatório ELECTROFUEL 9

10 Diagrama do eletrolisador Placas para ajuste da distância entre os elétrodos Cátodo Corte lateral Ânodo 10 Corte frontal Reservatório Elétrodos

11 11 Protótipo laboratorial

12 Onde estamos? Registo de Patente Prova do conceito Gás de síntese COMPETE: Incentivo à inovação (Projeto 38940) Modelos laboratoriais a serem explorados: Otimização 12

13 Próximos passos do projeto Construção de um reator para produção de metanol e DME Primeiros testes em protótipos industriais: 1 L/h e 10 L/h de metanol / DME Scale-up para 100 L/h de metanol / DME Proteção com patente 13

14 Qv (ml/min) Ec (Wmin/mL) Composição das espécies carbonadas (%) Composição de O2 (%) I (A) Testes preliminares Condições para estudo da concentração de eletrólito: - V = 5 V - NaOH - T = 25 ºC - P = 1 atm - Eletrolisador: 1 célula 2 elétrodos de grafite dist. 5 mm - Ensaio de 2 horas 20 Qv (ml/min) 10 Ec (Wmin/mL) 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 14 Concentração de eletrólito (M) ,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 % conv c = 33,41 % Razão H 2 :CO = 11,11 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Concentração de eletrólito (M) 0,7 8 CO CO2 O ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Concentração de eletrólito (M)

15 Qv (ml/min) Ec (Wmin/mL) Composição das espécies carbonadas (%) Composição de O2 (%) I (A) Condições para estudo da temperatura inicial: - V = 5 V - NaOH - [NaOH] = 0,4 M - P = 1 atm - Eletrolisador: 1 célula 2 elétrodos de grafite dist. 5 mm - Ensaio de 2 horas 3,0 2,7 2,4 2,1 1,8 % conv c = 37,74 % Razão H 2 :CO = 10,31 1, Temperatura inicial (ºC) Qv (ml/min) Ec (Wmin/mL) Temperatura inicial (ºC) 31,6 31,4 31,2 31,0 30,8 30,6 30,4 30,2 30, CO CO2 O Temperatura inicial (ºC)

16 Qv (ml/min) Ec (Wmin/mL) Composição das espécies carbonadas (%) Composição de O2 (%) I (A) Condições para estudo da tensão aplicada: -NaOH - [NaOH] = 0,4 M -T = 35 ºC - P = 1 atm - Eletrolisador: 1 célula 2 elétrodos de grafite dist. 5 mm - Ensaio de 2 horas Tensão aplicada (V) ,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 % conv c = 37,74 % Razão H 2 :CO = 10,31 Qv (ml/min) Ec (Wmin/mL) Tensão aplicada (V) CO CO2 O Tensão aplicada (V)

17 Perda de massa dos elétrodos de grafite Apenas o ânodo sofre perda de massa Parte da massa perdida decorre da produção de CO/CO 2 Parte da massa perdida é recuperada pelo cátodo Parte da massa perdida permanece depositada na solução de eletrólito 17 - Formação de nanopartículas de carbono

18 Próximos testes Natureza do eletrólito a ser explorada KOH, NaCl, K 2 CO 3 + KHCO 3 Uso de catalisadores dissolvidos na solução de eletrólito para melhoria do gás de síntese produzido Vanádio, níquel, platina Influência da pressão a ser explorada Destino das nanopartículas de carbono: Steam reforming 18

19 Conclusões Eletrólise da água: energia renovável como eletricidade, elétrodos de carbono/grafite, sem separação de gases e com recurso a um eletrólito alcalino gás de síntese Atingimos composições de 8 % de CO e 81 % de H 2, com 9 % de O 2 Atingimos perdas de massa no ânodo de 1,5 % e conversões em carbono de 38 % Atingimos intensidades de corrente de 2,7 A e caudais de 44,5 ml/min 19

20 PROJECTO SYM QREN Muito obrigado pela vossa atenção PARCEIROS: 20