Desenvolvimento de Sistema Compacto de produção de gás rico em Hidrogênio.

Abstract

O Hidrogênio possui potencial para desenvolver expressivo papel na matriz energética mundial e se apresenta como uma interessante solução, capaz de suprir demandas energéticas e padrões sustentáveis de emissões ambientais e segurança. Neste trabalho, o processo de eletrólise sem separação de gases foi investigado visando à produção de Gás Rico em Hidrogênio em demanda para aplicação em processos de combustão. Um protótipo de eletrolisador de placas paralelas foi projetado, desenvolvido e fabricado (Célula SeedStar). Outro protótipo foi montado e adaptado a partir de projeto de pesquisa da empresa norte-americana MarchLabs (Célula NanoStar). Um modelo comercial da empresa D&N Engineering foi montado e também submetido a testes (Célula Mighty-Mite). Análise técnico-energética comparativa entre estes três modelos é apresentada a partir dos resultados da realização de ensaios de bancada. Indicativo da relação entre tensão aplicada e distância dos eletrodos foi gerado e mostrou que quanto maior a distância entre os eletrodos maior deve ser a tensão aplicada entre eles para que boas taxas de produção de gás [ml/min] sejam alcançadas. Os maiores valores de produção e produtividade [ml/Wmin] foram alcançados para concentrações de 20% de KOH na solução. Uso de simeticona como anti-espumante foi testado e resultados satisfatórios não foram alcançados com seu emprego. A adição de pequenas quantidades de ácido cítrico C₆H₈O₇ e uréia CH₄N₂O na solução eletrolítica mostrou-se eficiente como anti-espumante. Indicadores do desenvolvimento e otimização de eletrolisadores compactos sem separação de gases foram gerados e discutidos. Eficiência para os três diferentes arranjos submetidos a ensaios foi calculada sob a hipótese de que o Gás Rico em Hidrogênio é composto por uma mistura de H₂ e O₂ na razão estequiométrica de 2:1, conforme reação química básica de dissociação da água, apesar de indícios, ainda não comprovados, de que o gás produzido por eletrólise sem separação de gases possui composição diferenciada, organizada na forma de clusters. Os melhores valores de eficiência obtidos durante os testes foram de 60,38%, 63,70% e 56,32% para as células chamadas de NanoStar, Mighty-Mite e SeedStar, respectivamente.