Este projeto visa desenvolver soluções sustentáveis para a mobilidade inteligente e a gestão eficiente de energia. A iniciativa estrutura-se em quatro atividades principais:
- Atividade 1 - Mobilidade Inteligente: Promoção de Soluções Sustentáveis para
Aplicações Marítimas e Baseadas em Drones;
- Atividade 2 - Energia Inteligente e Gestão Térmica para a Eficiência de Recursos;
- Atividade 3 - Gestão do Projeto;
- Atividade 4 - Disseminação e Exploração.
A Atividade 1, "Mobilidade Inteligente: Promoção de Soluções Sustentáveis para Aplicações Marítimas e Baseadas em Drones", subdivide-se nas seguintes tarefas A1.1 "Hidrogénio e Células de Combustível para Mobilidade Sustentável" e A1.2 "Gás Natural Sintético Verde: Integração de Biometano & Hidrogénio para Aplicações em Mobilidade Inteligente". O objetivo geral é o desenvolvimento de soluções inovadoras baseadas na integração de vários métodos de produção de H2 e pilhas de combustível, contribuindo para colmatar os desafios da mobilidade sustentável, bem como avanços na integração do hidrogénio e metano renovável, quer em aplicações de mobilidade, quer na sua integração na rede elétrica. Na área da mobilidade, pretende-se reduzir custos e otimizar a produção e utilização de hidrogénio (H2), metano renovável, amónia e metanol sintético (e-metanol), aplicando-os na mobilidade e/ou na rede de gás natural. Paralelamente, procura-se melhorar a produção e valorização de biogás. Na eficiência energética, o foco está na gestão térmica em sistemas industriais, no desenvolvimento de coletes térmicos para bombeiros e na recuperação de calor residual. O sucesso do projeto assenta na colaboração interdisciplinar. Neste contexto foi formada uma equipa multidisciplinar da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), envolvendo quatro unidades de investigação distintas: o Centro de Estudos de Fenómenos de Transporte (CEFT), o Laboratório de Engenharia de Processos, Ambiente, Biotecnologia e Energia (LEPABE), o Laboratório de Processos de Separação e Reacção - Laboratório de Catálise e Materiais (LSRE-LCM) e o Laboratório de Inteligência Artificial e Ciência de Computadores (LIACC). Complementando o projeto com competências especializadas, contamos com a valiosa colaboração do Centro de Investigação em Química da Universidade do Porto (CIQUP), integrado na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP). Além disso, o projeto ECO-MOBES beneficia de várias parcerias estratégicas com empresas impulsionando a transferência eficaz dos resultados e tecnologias desenvolvidas para a indústria.
A primeira atividade foca-se na produção e utilização de H2 e metano renovável para diversas aplicações, promovendo a integração de fontes renováveis no setor energético. Pretende-se reduzir deste modo os custos dos eletrolisadores através do uso de matérias/técnicas de produção alternativas, otimizar processos para produção de H2 a partir de borohidreto de sódio (NaBH4) e amoníaco, desenvolver células de combustível (FC) eficientes para veículos aéreos não tripulados (UAVs) e embarcações de pequena escala e estudar a injeção de H2 em redes de gás natural, promovendo a sua integração no setor energético convencional. Paralelamente, aposta na melhoria da produção de biogás e no desenvolvimento de métodos para a remoção de impurezas como CO₂ e siloxanos. O H2 verde pode ser produzido por eletrolisadores de membrana permutadora de protões (PEM), embora o seu alto custo devido ao uso de metais nobres e titânio seja um constrangimento à sua aplicação em contexto industrial. O desenvolvimento de catalisadores eficientes e acessíveis e o uso de malhas como placas bipolares constituem uma via de reduzir esses custos e superar este constrangimento. O NaBH4 é um transportador eficiente de H2, dado conter 10,8% de H₂ em peso, mas requer catalisadores de baixo custo e ambientalmente sustentáveis para ser viável. A decomposição de amónia, com 17,6% de H₂, em reatores seletivos de membrana, é outra alternativa promissora para o transporte e armazenamento de H2 ultra-puro. A amónia pode também ser utilizada em células de combustível diretas (DAFCs), embora esta tecnologia ainda precise de avanços em catalisadores, membranas e condições de operação para atingir um desempenho competitivo.
Atualmente, os eletrolisadores utilizam água desmineralizada, levando a desafios na gestão da água. A dessalinização da água do mar surge como alternativa, embora com alto consumo energético. As células microbianas de dessalinização (MDCs) permitem dessalinizar, tratar águas residuais e produzir energia, reduzindo o consumo energético e os resíduos. O e-metanol, produzido a partir da captura e conversão de CO2 utilizando H2 verde, surge como uma alternativa promissora ao metanol de origem fóssil. No entanto, a sua utilização em células de combustível de metanol direto (DMFCs) requer avaliação das impurezas e seus impactos no desempenho e durabilidade.
No uso de UAVs, que tem aumentado em monitorização ambiental e segurança, os desafios incluem tempo de voo limitado e o impacto ambiental das baterias de lítio. As células de combustível (FC) oferecem maior densidade energética, maior autonomia e tempos de reabastecimento mais rápidos, melhorando a sua eficiência.
A injeção de H2 verde nas redes de gás natural é promissora, permitindo melhorar a sustentabilidade deste meio energético. Contudo, a obtenção de uma mistura homogénea, logo viável a grande escala, constitui ainda um desafio a superar. A configuração do injetor precisa ser otimizada para garantir uma dispersão uniforme e melhorar a eficácia da descarbonização. O biogás precisa ser purificado para se tornar biometano e ser injetado na rede de gás natural. A co-digestão de microalgas e lamas de estações de tratamento de águas residuais (ETARs) pode aumentar a produção de biometano. A metanação de CO₂ oferece potencial para aumentar a produção de metano renovável a partir do biogás.
A segunda atividade do projeto, "Energia inteligente e gestão térmica para a eficiência dos recursos" tem o objetivo global de desenvolver e integrar tecnologias limpas para a eficiência no uso de recursos.
Na área da otimização da eficiência energética em sistemas industriais complexos, é vantajoso o uso de simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) e machine learning (ML) para melhorar o desempenho térmico e hidráulico dos transformadores de potência (TPs). Acresce que a combinação de CFD com ML permite superar limitações de tempo computacional, possibilitando explorar diversas condições de design de forma mais eficiente e desenvolvendo soluções para o uso de líquidos de arrefecimento mais seguros e ecológicos. O aumento do stress térmico exige o desenvolvimento de soluções para mitigar os seus efeitos, nomeadamente no combate a incêndios, com ênfase no uso de materiais de mudança de fase (PCMs) para otimizar a proteção térmica dos têxteis, melhorando a eficiência e a segurança no setor. Uma estratégia promissora para reduzir a dependência de fontes de energia primária é a otimização da eficiência energética e a recuperação de calor residual. No entanto, a aplicação de transformadores de calor por absorção (AHTs) enfrenta desafios económicos e técnicos, especialmente no que diz respeito à recuperação de calor em temperaturas mais baixas, que ainda carece de estudos aprofundados e soluções alternativas para superar as limitações atuais.
Com uma abordagem integrada que combina investigação científica e o desenvolvimento tecnológico com a colaboração industrial e a sensibilização do público para a temática, o projeto ECO-MOBES pretende gerar um impacto positivo duradouro, contribuindo para a transição energética e a redução das emissões de carbono, bem como para uma maior eficiência no uso de recursos, promovendo a sustentabilidade. |
