Transportadores de oxigênio à base de manganês para utilização em processos de combustão com recirculação química

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Costa, Tiago Roberto da
• Orientador(a): Melo, Dulce Maria de Araújo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Captura do CO2; CLC; Transportadores de oxigênio; Combustão com recirculação química; Manganês
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22510

A matriz energética mundial é basicamente constituída a base de combustíveis fósseis, sendo que diferentes estudos indicam que nas próximas décadas não haverá mudanças significativas nesse cenário e isso impacta de modo significativo no meio ambiente, pois a queima desses combustíveis para geração de energia produz bastante CO2. Sendo o dióxido de carbono o principal gás de origem antropogênica, responsável pela intensificação do efeito estufa. Devido a isso, cientistas e políticos de todo mundo tem sugerido diversas medidas e tecnologias que objetivam a diminuição das emissões de CO2 na atmosfera para as próximas décadas. Entre as tecnologias, a Captura e Armazenamento de CO2 (CAC) tem tido um destaque especial nos últimos anos. Estudos realizados pela Agência Internacional de Energia (International Energy Agency-IEA) quanto o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), sugerindo diversos cenários de crescimento econômicos e de demanda energética, indicam que na maioria dos casos as tecnologias de captura e armazenamento do CO2 contribuem entre 10-55% do esforço mundial para reduzir as concentrações de CO2 na atmosfera até 2100. Nesse contexto, a combustão indireta com transportadores sólidos de oxigênio (processo Chemical-Looping Combustion-CLC), é considerada uma das melhores alternativas para reduzir os custos da captura do CO2, principalmente quando comparadas aos processos convencionais, pois não necessita da separação do CO2 do N2, pois o combustível não é misturado diretamente com ar ou oxigênio. Esta tese de doutorado está focada no desenvolvimento de cinco transportadores de oxigênio à base de manganês, os quais foram primeiramente caracterizados com objetivo de determinar quais deles são mais promissores para serem avaliados em processos de CLC. As técnicas e metodologias de caracterizações utilizadas durante a primeira etapa foram: porosimetria por injeção de mercúrio, resistência à fratura, difração de raios X (DRX), redução e oxidação à temperatura programada (TPR e TPO), capacidade de transporte de oxigênio (Roc), composição química, reatividade por termogravimetria e índice de velocidade. Concluída essas etapas, verificou-se que os transportadores Mn-ZrMF e Mn-ZrSG apresentaram propriedades apropriadas para serem avaliados em um reator de leito fluidizado descontínuo, onde os experimentos se assemelham às condições de CLC. Ao fim dos testes no reator, os transportadores de oxigênio foram submetidos a algumas técnicas de caracterização: DRX, TPR e MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura). O transportador Mn-ZrMF apresentou problemas de aglomeração durante os testes no reator, sendo considerado inapropriado para prosseguir com os experimentos. Por outro lado, o Mn-ZrSG apresentou elevada reatividade com os combustíveis utilizados (CO > H2 > CH4), não sendo verificado o problema da aglomeração, tendo baixa perda por atrito, com vida média superior a 11.000 horas. Esse material é bastante promissor para seu uso em CLC de combustíveis sólidos.