[pt] MODELAGEM TERMODINÂMICA DA REFORMA DE ETANOL EM HIDROGÊNIO VERDE PARA USO NO SETOR MOBILIDADE

[en] THERMODYNAMIC MODELING OF ETHANOL REFORMING INTO GREEN HYDROGEN FOR USE IN THE MOBILITY SECTOR

[pt] RODRIGO FAGUNDES FIGUEIRA PINHO

[pt] HIDROGENIO

[pt] REFORMA DE ETANOL E ENERGIA LIVRE DE GIBBS

[pt] CELULA A COMBUSTIVEL

[en] HYDROGEN

[en] ETHANOL REFORMING AND GIBBS FREE ENERGY

[en] FUEL CELL

[pt] A degradação ambiental é um problema global que leva à perda de biodiversidade, destruição de habitats naturais e aumento da poluição do ar e da água. O uso insustentável dos recursos naturais, a poluição industrial e o desmatamento são alguns dos principais fatores que contribuem para esse declínio. Os combustíveis renováveis são fontes de energia sustentáveis e amigas do ambiente. Isso inclui energia solar, eólica, hídrica e de biomassa. Esses recursos fornecem alternativas viáveis aos combustíveis fósseis, reduzem as emissões de gases de efeito estufa e reduzem a dependência de recursos não renováveis. O hidrogênio verde é uma forma de energia renovável produzida pela eletrólise da água usando eletricidade de fontes renováveis. É uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa e para a transição para uma economia mais limpa e sustentável. O objetivo do trabalho é realizar uma modelagem termodinâmica da produção e armazenamento de hidrogênio em células a combustível e através dos resultados termodinâmicos provar a eficácia de 6 casos envolvendo 3 rotas de reforma de etanol (Reforma a Vapor, Oxidação Parcial e Reforma Auto Termal) e 2 tipos de células a combustível (PEMFC e SOFC), gerando assim diferentes resultados e durante a conclusão, definir: os calores envolvidos na produção de hidrogênio e carregamento das células a combustível, a potência elétrica que a CaC irá alcançar em diferentes parâmetros (temperatura, taxa de oxigênio e vapor) e dessa forma, julgar o melhor caso de acordo com os resultados obtidos. Através da modelagem do equilíbrio termodinâmico por minimização da energia livre de Gibbs usando uma rotina desenvolvida no software MATLAB, é possível encontrar as composições dos produtos da reforma do etanol e a partir disso calcular a eficiência e a demanda por energia nas três rotas de reforma do etanol. A conclusão foi baseada nos cálculos dos calores e os critérios para a escolha do melhor caso foram, rendimento na produção de hidrogênio, espontaneidade de reação, menor taxa de emissão de gases poluentes (como o monóxido de carbono) e baixas demandas de energia/calor. Conclui-se que as condições ótimas de reforma do etanol são através da reforma a vapor em temperaturas entre 900K e 1100 K com uma razão de vapor por etanol superior a 6 (quanto maior melhor).

[en] Environmental degradation is a global problem that leads to loss of biodiversity, destruction of natural habitats and increased air and water pollution. The unsustainable use of natural resources, industrial pollution and deforestation are some of the main factors contributing to this decline. Renewable fuels are sustainable and environmentally friendly energy sources. This includes solar, wind, hydro and biomass energy. These resources provide viable alternatives to fossil fuels, reduce greenhouse gas emissions, and reduce dependence on non-renewable resources. Green hydrogen is a form of renewable energy produced by the electrolysis of water using electricity from renewable sources. It is a promising alternative to fossil fuels that contributes to the reduction of greenhouse gas emissions and to the transition to a cleaner and more sustainable economy. The objective of this work is to carry out a thermodynamic modeling of the production and storage of hydrogen in fuel cells and through the thermodynamic results it proves the effectiveness of 6 cases involving 3 ethanol reforming routes (Steam Reforming, Partial Oxidation and Auto Thermal Reforming) and 2 types of fuel cells (PEMFC and SOFC), thus generating different results and during the conclusion, define: the heat involved in the production of hydrogen and charging of the fuel cells, the electrical power that the CaC will reach in different parameters (temperature , oxygen and steam rate) and thus judge the best case according to the results obtained. By modeling the thermodynamic equilibrium by minimizing the Gibbs free energy using a routine developed in MATLAB software, it is possible to find the compositions of the ethanol reforming products and from that calculate the efficiency and energy demand in the three ethanol reforming routes. ethanol. The conclusion was based on heat calculations and the criteria for choosing the best case were hydrogen production yield, reaction spontaneity, lower emission rate of polluting gases (such as carbon monoxide) and low energy/heat demands. . It is concluded that the optimal conditions for reforming ethanol are through steam reforming at temperatures between 900K and 1100 K with a ratio of steam to ethanol greater than 6 (the higher the better).

FLORIAN ALAIN YANNICK PRADELLE

FLAVIA DE MIRANDA GONCALVES

2023-08-01

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.63418