Temas de Dissertação
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Química da Universidade Federal Fluminense

Lisiane Veiga Mattos

Temas de Dissertação
1) Produção de hidrogênio para células a combustível do tipo PEM a partir de líquidos
derivados de biomassa (etanol)
2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás associado do pré-sal e do
biogás (gás natural não convencional)
3) Produção de gás natural a partir da hidrogenação do CO2
4) Geração de energia a partir de células a combustível do tipo SOFC
5) Produção de combustíveis líquidos (gasolina, diesel) a partir de biomassa
6) Monitoramento tecnológico e análise de ciclo de vida de processos para a geração de
energia a partir de fontes renováveis

Emissão de CO2

Efeito Estufa

Produção de hidrogênio para
células a combustível
a partir de bio-etanol

Células a combustível do tipo PEM (eletrólito é uma
membrana polimérica)
Operam em baixas temperaturas
Combustível H2 puro (teor de CO < 10 ppm) etapas
adicionais de purificação
Anodo:

H2 2H+ + 2e-

Catodo: 4H+ + O2 + 4 e- 2 H2O

1) Produção de hidrogênio para células a combustível
a partir de bio-etanol

Uso do bio-etanol como combustível alternativa interessante

redução do efeito estufa
menor toxidade que os combustíveis convencionais
no caso específico do Brasil existência de uma infra-estrutura bem
estabelecida para a sua produção e distribuição

1) Produção de hidrogênio para células a combustível
a partir de líquidos derivados de biomassa (etanol)

Reforma +
purificação

Bio-etanol

Célula a
combustível

Rede

1) Produção de hidrogênio para células a combustível
a partir de líquidos derivados de biomassa (etanol)

Principal Desafio
Desenvolvimento de catalisadores para a
reforma do bio-etanol resistentes à perda de
atividade e que apresentem alto
rendimento para H2 sem a formação de
subprodutos

Produção de hidrogênio e gás
de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e
do bio-gás

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás
· Gás associado do pré ­sal principais componentes: CO2 e CH4

> 30% no pré-sal!

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás

Gás natural
associado

Conversão em hidrogênio

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás

BIOGÁS


Produzido pela Fermentação anaeróbica
Biogás
Efluente

Substrato

Processo biológico no qual um consórcio de
diferentes microrganismos promove a transformação
de compostos orgânicos complexos em produtos mais
simples, como metano e gás carbônico

Matéria
orgânica

Reator

Biogás
+
Biofertilizante

Bactérias
fermentativas
Efluente

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás

BIOGÁS
Mistura de gases cuja composição varia de acordo com o substrato e condições
de funcionamento do processo da digestão

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás
· Alternativas para aproveitamento destas misturas gasosas:
(a) reação entre CO2 e CH4 (reforma seca do metano) para a geração de hidrogênio
puro, usando reatores de membranas

Fuel + air

Gás associado
ou biogás
Natural gas
+ H2O

Heat
CH4+H2O

Combustion
CO+3H2

etanol

H2
Permeate (incl. H2)

H2

Flue gas

Heat

CO+H2O
Membrane
H2

CO2+H2

Retentate
CO2, H2O,
(H2, CO, CH4)

H2
Sweep

Remoção do hidrogênio desloca o equilíbrio (conversões maiores a menor
temperatura)

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás
reatores com membranas
x
tecnologia tradicional

Intensificação
de processos
Gás associado
ou biogás
Low-CO2 flue
gas

CO2 to cleanup and
compression
H2O

Heat recovery steam
generator

Heat

Natural gas

H2, H2O

GT
turbine

Membrane
reactor

Air

H2O

GT
compressor

~
Generator

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás

Desafios
(i) desenvolvimento de catalisadores com bom desempenho nas
condições de operação;
(ii) obtenção de membranas que sejam resistentes as condições de
reação (alta temperatura, presença de água), sem a formação de
fissuras que comprometeriam a sua seletividade, e que tenham um
fluxo de hidrogênio adequado

Unidade para produção de membranas e reforma seca do metano
Laboratório de energia, materiais e meio ambiente ­ LEMMA/UFF

2) Produção de hidrogênio e gás de síntese a partir do gás
associado do pré-sal e do bio-gás

· Alternativas para aproveitamento destas misturas gasosas:
(b) reação entre CO2 e CH4 (reforma seca do metano) visando a geração de gás de
síntese para: produção de combustíveis líquidos (tecnologia GTL)

Tecnologia GTL
CO2 + CH4

Geração de gás

Síntese de

de síntese

Fischer-Tropsch

Desenvolvimento de
catalisadores

Hidrocraqueamento

Produtos
comerciais

Produção de gás natural a
partir da hidrogenação do CO2

3) Produção de gás natural a partir da hidrogenação
do CO2

CH4

Biogás ou
gás associado

Reformador
H2

H2/CH4

3H2 + CO2 CH4 + H2O

3) Produção de gás natural a partir da hidrogenação
do CO2

Principal Desafio
Desenvolvimento de catalisadores para a reação
de hidrogenação do CO2 que sejam resistentes à
perda de atividade e que apresentem alto
rendimento

Geração de energia a partir de
células a combustível
do tipo SOFC

4) Geração de energia a partir de células SOFC

Gás associado,
Bio-etanol
biogás, etanol

Anodos interface entre o combustível e o eletrólito
boa condutividade eletrônica e iônica
boa atividade catalítica para a reforma do combustível

alta estabilidade nas condições de operação

4) Geração de energia a partir de células SOFC
Principal desafio desenvolver anodos resistentes à desativação
A maior parte dos trabalhos estuda o uso de metano como
combustível

Uso de métodos de preparo alternativos obtenção de materiais
com alta condutividade contendo menores teores de Ni
Uso de anodos constituídos por materias alternativos: óxidos mistos
a base de cério e de perovskitas boa atividade catalítica e
condutividade mista (eletrônica e iônica)

Produção de combustíveis
líquidos a partir da biomassa

5) Produção de combustíveis líquidos a partir de biomassa

Burner

Cyclone
Char Colection
Quench System
BioOil Pyrolysis Reactor

BioOil Storage

5) Produção de combustíveis líquidos a partir de biomassa
Comparison between bio-oil and crude oil
Bio-oil

Crude oil

15-30

0.1

2.8-3.8

-

1.05-1.25

0.86

40-100

180

HHV (MJ/KG)

16-19

44

C (%)

55-65

83-86

O (%)

28-40