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Em 2005, o Prémio Nobel da Química George Olah co-autorou o livro "Beyond oil and gas: the methanol economy", onde se afirma que o metanol pode ser o vector energético do futuro, dadas as exigências tecnológicas para o transporte e armazenagem do hidrogénio. Seguindo este raciocínio, Palo et al. referem um crescimento acentuado, a partir de 2000, do número de publicações relacionadas com a reformação por vapor do metanol (RV). Da mesma forma, as publicações sobre a RV do etanol cresceram a partir de 2004. Existem, hoje em dia, catalisadores para RV do metanol a trabalhar a temperaturas baixas e com actividades bastante elevadas. A complementação dos sistemas com reactores de membrana, nomeadamente com membranas baseadas em Pd, pode aumentar a conversão de metanol e ao mesmo tempo purificar o hidrogénio produzido. No entanto, estas membranas ainda são frágeis e caras.
Este projecto pretende integrar a RV do metanol com uma PEMFC numa unidade única, utilizando uma membrana de paládio recentemente desenvolvida por um dos seus proponentes. Esta nova membrana utiliza apenas 10 % da quantidade de paládio normalmente utilizada nas membranas convencionais, além de ser mais estável e permeável. Ela é formada no interior da camada microporosa de um suporte cerâmico, cerca de 2 µm abaixo da superfície, e tem uma espessura média inferior a 3 µm. Habitualmente, as membranas de Pd/Ag utilizadas em RV do metanol têm cerca de 50 µm de espessura .
No sistema proposto, o hidrogénio produzido por RV do metanol permeia através da membrana de Pd. No outro lado da membrana, o H2 é oxidado na superfície das nanopartículas do catalisador de Pt. Os protões formados são conduzidos através do electrólito (ácido fosfórico, p. ex.) e os electrões são conduzidos através de um circuito externo O electrólito polimérico deve possuir uma estabilidade química e térmica elevada, utilizando-se, normalmente polibenzimidazole (PBI) dopado com ácido fosfórico em PEMFC de temperatura eleva  |
Resumo
Em 2005, o Prémio Nobel da Química George Olah co-autorou o livro "Beyond oil and gas: the methanol economy", onde se afirma que o metanol pode ser o vector energético do futuro, dadas as exigências tecnológicas para o transporte e armazenagem do hidrogénio. Seguindo este raciocínio, Palo et al. referem um crescimento acentuado, a partir de 2000, do número de publicações relacionadas com a reformação por vapor do metanol (RV). Da mesma forma, as publicações sobre a RV do etanol cresceram a partir de 2004. Existem, hoje em dia, catalisadores para RV do metanol a trabalhar a temperaturas baixas e com actividades bastante elevadas. A complementação dos sistemas com reactores de membrana, nomeadamente com membranas baseadas em Pd, pode aumentar a conversão de metanol e ao mesmo tempo purificar o hidrogénio produzido. No entanto, estas membranas ainda são frágeis e caras.
Este projecto pretende integrar a RV do metanol com uma PEMFC numa unidade única, utilizando uma membrana de paládio recentemente desenvolvida por um dos seus proponentes. Esta nova membrana utiliza apenas 10 % da quantidade de paládio normalmente utilizada nas membranas convencionais, além de ser mais estável e permeável. Ela é formada no interior da camada microporosa de um suporte cerâmico, cerca de 2 µm abaixo da superfície, e tem uma espessura média inferior a 3 µm. Habitualmente, as membranas de Pd/Ag utilizadas em RV do metanol têm cerca de 50 µm de espessura .
No sistema proposto, o hidrogénio produzido por RV do metanol permeia através da membrana de Pd. No outro lado da membrana, o H2 é oxidado na superfície das nanopartículas do catalisador de Pt. Os protões formados são conduzidos através do electrólito (ácido fosfórico, p. ex.) e os electrões são conduzidos através de um circuito externo O electrólito polimérico deve possuir uma estabilidade química e térmica elevada, utilizando-se, normalmente polibenzimidazole (PBI) dopado com ácido fosfórico em PEMFC de temperatura elevada. Esta membrana assim dopada é estável até 230 ºC. No topo da membrana cerâmica será então aplicada uma camada fina de electrólito polimérico (PBI dopado com ácido fosfórico, p. ex.), que evitará que o ácido fosfórico escape da camada superior da membrana cerâmica e que servirá de suporte à camada catalítica do cátodo. Seguidamente, será então aplicada uma camada difusora de gás no lado do cátodo, cuja função será a de conduzir os electrões à superfície do catalisador e de distribuir uniformemente o oxigénio pela membrana.
Os aspectos mais inovadores do presente projecto são:
a) Utilização de uma membrana de Pd com estabilidade e permeação ao H2 elevadas e de baixo custo.
b) Integração da RV com uma célula de combustível num sistema compacto, esperando-se uma eficiência energética elevada em consequência da sinergia entre a RV do metanol (reacção endotérmica) e a oxidação electroquímica do hidrogénio (reacção exotérmica).
c) Utilização de um novo catalisador de RV do metanol, La2CuO4, o qual possui uma actividade elevada a uma temperatura de 150 ºC, mas que ainda está pouco estudado.
Este sistema pode trabalhar a temperaturas até 500 ºC se a membrana electrolítica for estável. Para este fim, têm sido estudadas membranas cerâmicas condutoras de protões a operar a temperaturas entre 200 ºC e 400 ºC. A estas temperaturas, outras reacções de RV são viáveis, nomeadamente a partir de combustíveis com uma maior densidade energética. A RV do etanol, p. ex., pode efectuar-se a temperaturas de cerca 350 ºC.
O aspecto mais inovador abordado neste projecto consiste na possibilidade de integrar unidades de RV com células de combustível utilizando diferentes combustíveis, nomeadamente metanol e etanol. |