Modelagem matemática para produção de hidrogênio em um reator termoquímico solar de membrana a partir da reforma a vapor do metanol

Resumo

Nas últimas décadas, há um interesse crescente no desenvolvimento de tecnologias que utilizam fontes de energia limpa (ANJOS et al. 2019). Desta forma, reduzir a poluição do ar e particularmente as emissões de gases de efeito estufa se tornou essencial. Entre as tecnologias para mitigar essas emissões, a energia solar e o hidrogênio estão sendo cada vez mais utilizados, pois podem ser convertidos em eletricidade, combustíveis e outros insumos importantes para a sociedade. Entre as várias maneiras de produzir hidrogênio, a Reforma Solar do Metanol a Vapor (RVSM) está recebendo muita atenção dos pesquisadores porque é um processo de temperatura operacional baixa (600 K) e limpo em comparação com as reformas tradicionais de hidrocarbonetos (tolueno e metano). Assim, o presente trabalho teve como objetivo analisar a produção de hidrogênio e o desempenho de um Reator Termoquímico Solar de Membrana (RTSM) através de um modelo matemático unidimensional. Este modelo foi representado pelo balanço de massa dos componentes presentes no RVSM e pelo balanço de energia dos fenômenos térmicos de um RTSM. A metodologia utilizada para a solução foi a formulação conhecida como Coupled Integral Equation Approach (CIEA), pois permite resolver as equações de uma forma ágil e pouco esforço computacional (ANJOS et al. 2019). Após o uso da CIEA, foi desenvolvido um código de linguagem de computador FORTRAN 95, gerando os resultados gráficos deste trabalho, que foram validados com os resultados disponíveis em Lougou et al. (2017). Esses resultados representam o comportamento térmico do RTSM, com incidência variável de energia solar na cavidade de entrada do reator, e o comportamento dos componentes presentes no RVSM, a saber: metanol, monóxido de carbono, água, hidrogênio e dióxido de carbono. Assim, foi possível concluir que no processo RVSM ocorre a conversão de metanol em água, produzindo hidrogênio e que o modelo e a técnica de solução utilizados são aconselháveis para realizar simulações e previsões de um RTSM, auxiliando na eficiência do processo.