CRIAÇÃO DE UM SIMULADOR PARA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO EM CÉLULAS COMBUSTÍVEIS PELA REFORMA A VAPOR DO ETANOL

Resumo

CRIAÇÃO DE UM SIMULADOR PARA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO EM CÉLULAS COMBUSTÍVEIS PELA REFORMA A VAPOR DO ETANOL
 
Modalidade:  INICIAÇÃO CIÊNTIFICA
 
Nos últimos anos, devido ao crescimento da população mundial, o aumento da  demanda de recursos energéticos, bem como os problemas ambientais associados a tal fenômeno, muito tem se falado em fontes alternativas de energia limpa e provenientes de recursos renováveis. Diante disso, o hidrogênio tem recebido bastante atenção dos pesquisadores, por seu grande potencial de substituir a utilização de combustíveis fosseis na produção de energia, através principalmente de equipamentos como a célula combustível, que por sua vez transforma de forma contínua a energia química de tal combustível em energia elétrica. Assim, uma das formas de se obter o hidrogênio para tal  finalidade é a partir da reforma de álcoois, dentre elas, uma que vem ganhando destaque é a Reforma a Vapor do Etanol (RVE) que chama atenção quando falamos em sustentabilidade pois o etanol pode ser obtido através de um processo simples e barato a partir de resíduos agrícolas. Aqui será realizado um estudo teórico da RVE sobre catalizador a base de  em um reator de leito fixo para produção de hidrogênio destinado a células combustíveis. Um simulador computacional será desenvolvido baseado em um modelo matemático avançado, montado e simplificado a partir de um código em linguagem FORTRAN para análise do comportamento dos componentes presentes nas equações e processos que conduzem a RVE, dos efeitos de transferência de calor e de massa a partir das equações de balanço de energia e massa, bem como os parâmetros operacionais que interferem na eficiência do processo como: seletividade e conversão do etanol, recuperação e rendimento do hidrogênio. Para a elaboração do simulador, de início é preciso conhecer bem o processo RVE. Desta forma, um modelo de massa e energia do reator poderá ser descrito matematicamente e com a utilização de uma técnica matemática avançada, conhecida como Coupled Integral Equation Approach (CIEA) este modelo será simplificado e resolvido em um software em linguagem FORTRAN. Permitindo assim, a base para elaboração do simulador que medirá a sensibilidade, seletividade, temperatura, concentração, conversão do processo de RVE em um reator de leito fixo. Para o presente projeto, foi necessário obter as taxas das reações da reforma, que será obtido pelo modelo de Langmuir-Hinshelwood. Posteriormente, para conhecer as concentrações dos componentes das reações será desenvolvido as equações do balanço de massa. Além do mais, por ser trata de um equipamento térmico, o balanço de energia é essencial, pois permitirá conhecer a variação de temperatura ao longo do processo. Para se obter esse comportamento, os modelos do balanço de energia serão desenvolvidos levando em conta os efeitos térmicos de radiação, transferência de calor convectiva, condutiva e entre outros fenômenos. Os resultados obtidos por esse estudo revelaram o desempenho de tal configuração do reator no decorrer da RVE e o comportamento dos componentes da reação por meio de estudos teóricos, que levam ao equilíbrio das reações envolvidas nesse processo em direção a produção de hidrogênio por meio do simulador para produção de hidrogênio pela Reforma a Vapor do Etanol e futuro uso do hidrogênio obtido, em células combústiveis. Diante do que foi observado no decorrer da simulação do processo de RVE nas configurações apresentadas, as condições operacionais como temperatura, taxa de varredura, consumo molar e pressão foram bastante analisadas e por meio do modelo desenvolvido obtivemos que apesar do hidrogênio obtido diretamente no final do processo no reator de leito fixo não ser ideal para uso direto em células combústiveis devido ao inevitável grau de CO contido no produto, que ainda é superior aos niveis máximos suportados por células combustíveis para evitar seu envenenamento, dependendo assim de um processo pós produção para purificação do hidrogênio e só assim poder ser aplicado, a produção de hidrogênio melhorou conforme se aumentava as condiçoes de temperatura, pressão e taxa de varredura chegando a um resultado que além de prever a performance do processo de RVE  em possiveis aplicações industriais futuras, evidência o recente aumento do direcionamento dos estudos para obtêncão do hidrogênio via reforma de alcoois, pois principalmente por meio do Etanol, que por sua vez em sua produção através da fermentação da glicose é um processo bastante econômico.
 
 
 
Palavras-chave: hidrogênio, etanol, reforma a vapor, célula combustível, reator de leito fixo
 
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