Modelagem tecnoeconômica de processos de conversão de biogás e etanol em hidrogênio para produção de energia renovável - Silva, Héctor Napoleão Cozendey da (2024)
Neste trabalho, foram realizadas avaliações tecnoeconômicas de um sistema integrado de células a combustível com um processador de combustível usando biogás e, também, de um processo para converter etanol em H2 para ser usado como combustível para células a combustível de carros movidos a H2. Para o estudo usando o biogás, foi utilizado o aterro Jardim Gramacho, localizado na cidade do Rio de Janeiro, Brasil, como modelo representativo de outros aterros sanitários nas cidades brasileiras. Foram avaliados o efeito da composição da alimentação do reformador (razão molar de CO2 / CH4 e H2O / CH4) e a vazão de biogás no desempenho técnico do processo, no custo de produção de hidrogênio e no preço de venda da energia gerada. Os dados simulados mostraram que o aumento da vazão de biogás aumentou a formação de H2. Por outro lado, o efeito da composição da alimentação dos reformadores na produção de H2 foi relativamente pequeno. A análise de sensibilidade mostrou que, dentre os parâmetros estudados, a vazão de biogás teve maior influência no preço do hidrogênio produzido e no preço de venda da energia gerada. O uso da maior vazão de biogás (70.000.000 m3/ ano) com uma vida útil de 14 anos resultou em preços de venda de energia mais baixos do que os preços de venda do mercado. Além disso, essas condições possibilitaram o fornecimento de energia para 38.400 residências. Ao passo que com o reator de membrana ao invés do processo tradicional, foi possível abastecer 49.730 residências e reduzir no consumo de água da unidade. Esses resultados, publicados na Journal of Cleaner Production para o processo tradicional, mostram que essa tecnologia é sustentável e economicamente viável nessas condições operacionais. Contudo, o processo com reformador de membrana de Paládio não foi economicamente viável devido o alto custo do material. Este é um resultado importante para aumentar o interesse e os investimentos na pesquisa e desenvolvimento de uma tecnologia para geração de energia a partir do hidrogênio produzido na reforma do biogás e de novos materiais para membranas seletivas ao H2 que viabilizem o processo. Para o estudo de reforma do etanol, uma planta para a produção de H2 foi simulada usando resultados experimentais obtidos em reatores monolíticos, recuperados a partir da literatura, para reforma do vapor de etanol e etapas Water-gas shift. Os catalisadores monolíticos de reforma a vapor (Rh / CeSiO2) e Water-gas shift (Pt / ZrO2) permaneceram estáveis durante os ciclos de inicialização / desligamento de longo prazo, sem deposição de carbono. O custo de produção de H2 foi significativamente afetado pelo preço do etanol. A contribuição dos custos do catalisador monolítico foi menor que a dos reatores convencionais. O custo de produção de H2 obtido com o preço do etanol brasileiro (0,81 US$ / L etanol) foi de US$ 8,87 / kg H2, valor inferior aos preços atuais de mercado (US$ 13,44 / kg H2) praticados nas estações de reabastecimento de H2 na Califórnia. Esse resultado, publicado na International Journal of Hydrogen Energy, mostrou que esse processo é economicamente viável para fornecer H2 como combustível para carros movidos a H2 a custos competitivos em estações de reabastecimento.