Modelagem tecnoeconômica de processos de conversão de biogás e etanol em hidrogênio para produção de energia renovável

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorMattos, Lisiane Veiga-
Autor(es): dc.contributorZotes, Luis Pérez-
Autor(es): dc.contributorSecchi, Argimiro Resende-
Autor(es): dc.contributorWasserman, Júlio César de Faria Alvim-
Autor(es): dc.contributorBorges, Luiz Eduardo Pizarro-
Autor(es): dc.contributorSouza, Cristina Gomes de-
Autor(es): dc.creatorSilva, Héctor Napoleão Cozendey da-
Data de aceite: dc.date.accessioned2025-01-03T11:41:23Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2025-01-03T11:41:23Z-
Data de envio: dc.date.issued2024-12-18-
Data de envio: dc.date.issued2024-12-18-
Fonte completa do material: dc.identifierhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/35834-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/919865-
Descrição: dc.descriptionNeste 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.-
Descrição: dc.descriptionIn this work, technical-economic evaluations of an integrated fuel cell system with a fuel processor using biogas and a process for converting ethanol to H2 to be used as fuel for fuel cells of H2-powered cars were carried out. For the study using biogas, the Jardim Gramacho landfill, located in the city of Rio de Janeiro / Brazil, was used as a representative model of other landfills in Brazilian cities. The effect of reformer feed composition (CO2 / CH4 and H2O / CH4 molar ratio) and the biogas flow rate on the technical performance of the process, on cost of hydrogen production and the selling price of energy generated was evaluated. The simulated data showed that increasing the biogas flow rate increased H2 formation. On the other hand, the effect of reformer feed composition on H2 production was relatively small. The sensitivity analysis showed that, among the parameters studied, the biogas flow rate had the greatest influence on the price of hydrogen produced and on the selling price of energy generated. The use of the highest biogas flow rate (70,000,000 m3 /year) with a plant life of 14 years resulted in lower energy selling prices than the market selling prices. Moreover, these conditions made possible the supply of energy for 38,400 houses. Whereas with the membrane reactor instead of the traditional process, it was possible to supply 49,730 homes and reduce the unit's water consumption. These results, published in the Journal of Cleaner Production (2018) for the traditional process, show that this technology is sustainable and economically viable under these operating conditions. However, the Palladium membrane reformer process was not economically viable due to the high cost of the material. This is an important result in increasing interest and investment in research and development of a technology for generating energy from hydrogen produced in biogas reforming and new materials for H2- selective membranes that enable the process. For the ethanol reform study, a plant for H2 production was simulated using experimental results obtained on monolith reactors, based on scientific and technical productions, for ethanol steam reforming and Water-gas shift steps. The steam reforming (Rh/CeSiO2) and Water-gas shift (Pt/ZrO2) monolith catalysts remained quite stable during long-term startup/shut down cycles, with no carbon deposition. The H2 production cost was significantly affected by the ethanol price. The monolith catalyst costs contribution was lower than that of conventional reactors. The H2 production cost obtained using the expensive Brazilian ethanol price (0.81 US$/L ethanol) was US$ 8.87 / kg H2, which is lower than the current market prices (US$ 13.44 / kg H2) practiced at H2 refueling stations in California. This result showed that this process is economically feasible to provide H2 as a fuel for H2-powered cars at competitive costs in refueling stations.-
Descrição: dc.description143 f.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languagept_BR-
Direitos: dc.rightsOpen Access-
Direitos: dc.rightsCC-BY-SA-
Palavras-chave: dc.subjectReforma do biogás-
Palavras-chave: dc.subjectReforma do etanol-
Palavras-chave: dc.subjectProdução de bio-hidrogênio-
Palavras-chave: dc.subjectViabilidade econômica-
Palavras-chave: dc.subjectBiogás-
Palavras-chave: dc.subjectProdução de hidrogênio-
Palavras-chave: dc.subjectEtanol-
Palavras-chave: dc.subjectEnergia renovável-
Palavras-chave: dc.subjectBiogas reforming-
Palavras-chave: dc.subjectEthanol reforming-
Palavras-chave: dc.subjectBiohydrogen production-
Palavras-chave: dc.subjectEconomic feasibility-
Título: dc.titleModelagem tecnoeconômica de processos de conversão de biogás e etanol em hidrogênio para produção de energia renovável-
Tipo de arquivo: dc.typeTese-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense - RiUFF

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