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Boa noite a todos José Carlos Basilio [email protected] [email protected] Categorias FSA Acadêmico Geral. Programação. Roteiro 10/05/10 Células a Combustível 17/05/10 Energia Eólica, Energia Solar, Energia das Marés, Biomassa. Célula combustível. Quiz - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável
FSA – Gestão de Energia - JCB Out/09 - 1
•Boa noite a todos
• José Carlos Basilio– [email protected]
• [email protected]– Categorias
• FSA– Acadêmico
– Geral
Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável
FSA – Gestão de Energia - JCB
Programação
• Roteiro– 10/05/10
• Células a Combustível– 17/05/10
• Energia Eólica, Energia Solar, Energia das Marés, Biomassa
Mai/10 - 2
Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável
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Célula combustível
• Quiz
• Qual é o tipo de célula a combustível que acabará energizando carros, ônibus e, talvez, até mesmo nossas casas? – Bateria de células a combustível – Célula a combustível com membrana para troca de prótons – Célula a combustível sem membrana para troca de prótons
Out/09 - 3
O que você sabe sobre essas miniusinas de eletricidade?
A célula a combustível com membrana para troca de prótons (PEMFC) é uma das tecnologias maispromissoras. A PEMFC faz uso de uma das mais simples reações da célula a combustível.
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Quiz
• Qual é uma das metas prioritárias das células a combustível? – Redução da poluição – Barateamento do custo de produção – Aumento da potência
• Qual a eficiência global de um motor acionado por gasolina automotiva? – 10% – 20% – 30%
Out/09 - 4
A redução da poluição é uma das metas prioritárias da célula a combustível. Na comparação de um carro de célula a combustível com um a gasolina e com um a bateria, é fácil notar como os de células a combustível podem melhorar a eficiência dos automóveis.
A eficiência global de um motor acionado por gasolina automotiva é de 20%. Isto é, cerca de 20% do conteúdo da energia térmica da gasolina é convertida em trabalho mecânico.
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Quiz
• Qual a tecnologia de células a combustível usada no programa espacial dos EUA desde a década de 1960? – Células a combustível de óxido sólido – Células a combustível do ácido fosfórico – Células a combustível alcalinas
• Qual a tecnologia com potencial para ser empregada em pequenos sistemas estacionários de geração
de energia? – Células a combustível do ácido fosfórico – Células a combustível de óxido sólido – Células a combustível de carbonato fundido
Out/09 - 5
As células a combustível alcalinas (AFC) Estão entre os mais antigos projetos. Têm sido usadas no programa espacial dos Estados Unidos desde a década de 1960. A AFC é bastante suscetível à contaminação, por isso exige hidrogênio puro e oxigênio.
Células a combustível do ácido Fosfórico (PAFC) poderão ser potencialmente empregada em pequenos sistemas estacionários de geração de energia. Como operam em temperaturas mais altas do que as das células a combustível PEM, exigem mais tempo para se aquecerem.
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Quiz
• Os carros abastecidos com células a combustível são semelhantes a que tipo de carros? – Carro a gasolina – Carro elétrico – Carro a diesel
• Provavelmente o carro movido à célula a combustível será abastecido com o quê? – Etanol – Propano – Metanol
Out/09 - 6
Os carros abastecidos com células a combustível devem começar a substituir os de gasolina e diesel dentro de alguns anos. Tal carro, bastante semelhante ao carro elétrico, usa a célula a combustível e o reformador ao invés de baterias.
Muito provavelmente seu carro à célula a combustível será abastecido com metanol, embora algumas companhias estejam desenvolvendo reformadores de gasolina.
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Quiz
• Sob o ponto de vista técnico, o que é uma célula a combustível?
– Aparelho conversor de energia eletroquímica – Aparelho conversor de energia eletroestática – Aparelho conversor de energia eletromagnética
• Como deveria ser chamada a célula a combustível? – Bateria a combustível – Pilha a combustível – Carregador a combustível
Out/09 - 7
Sob o ponto de vista técnico, uma célula a combustível é um aparelho conversor de energia eletroquímica. A célula a combustível converte os elementos químicos hidrogênio e oxigênio em água, e gera eletricidade enquanto faz isso.
A célula a combustível deveria ser chamada de pilha a combustível, mas o termo célula acabou prevalecendo.
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Quiz
• A célula a combustível fornece tensão de que tipo? – Corrente alternada – Corrente negativa – Corrente contínua
Out/09 - 8
A célula a combustível fornece tensão em CC (corrente contínua) que pode ser empregada para energizar motores, lâmpadas e outros aparelhos elétricos.
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CaC – vídeo
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Contextualização do tema
Mai/10 - 10
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Contextualização do tema
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Contextualização do tema
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Eficiência
Porque célula a combustível é uma alternativa?• Possui elevada eficiência de conversão*:
– elétrica 50%,– com cogeração 80% (calor pode ser usado para
aquecer água).
• Geração no local, sem poluição química (porque produz somente água) e sem poluição sonora.
• Vida útil de 40.000 horas.*depois de cem anos de existência, a eficiência de um motor a combustão é de apenas
20%!As plantas mais eficientes de geração de energia têm eficiência de 33 a 35%
Mai/10 - 13
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Outras vantagens
• A produção de energia sem combustão e sem partes móveis das CaCs as faz até 25% mais eficientes que os motores a combustão interna, reduzindo a emissão de poluentes e de dióxido de carbono.
• Mesmo com hidrogênio obtido de fontes fósseis como o petróleo e o gás natural, a emissão de dióxido de carbono (CO2) cai de 25 a 50%, e a fumaça produzida quando comparada com equipamentos tradicionais como os geradores a diesel, diminui em 99%.
• As fontes de energia renováveis são cruciais pois durante o crescimento destes, como a cana-de-açúcar, ocorre o seqüestro de carbono presente na atmosfera (CO2), além de liberarem o oxigênio.
Mai/10 - 14
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Revolução Industrial
Século XVII
1698 - Thomas Newcomen, em Staffordshire, na Grã-Bretanha, instala um motor a vapor para esgotar água em uma mina de carvão.
Século XVIII
1709 - Abraham Darby, em Coalbrookdale, Shropshire, na Grã-Bretanha, utiliza o carvão para baratear a produção do ferro.
1765 - James Watt, na Grã-Bretanha, introduz o condensador na máquina de Newcomen, componente que aumenta consideravelmente a eficiência do motor a vapor.
Mai/10 - 15
1780 - Edmund Cartwright, de Leicestershire, na Grã-Bretanha, patenteia o primeiro tear a vapor.1800 - Alessandro Volta, na Itália, inventa a bateria elétrica.
Século XIX
1803 - Robert Fulton desenvolveu uma embarcação a vapor na Grã-Bretanha.
1825 - George Stephenson concluiu uma locomotiva a vapor, e inaugura a primeira ferrovia, entre Darlington e Stockton-on-Tees, na Grã-Bretanha.
1830 - A Bélgica e a França iniciaram as respectivas industrializações utilizando como matéria-prima o ferro e como força-motriz o motor a vapor.
1885 - Gottlieb Daimler inventou um motor a explosão.
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‘Descarbonização’ da energia
Mai/10 - 16
A economia baseada no hidrogênio como fonte energética representaria o fim da presença do carbono nas fontes de energia.
O desenvolvimento da tecnologia das células a combustível, inicialmente para as naves espaciais e,
nas últimas duas décadas, para geração de energia elétrica tanto estacionária como em veículos é um fator extremamente importante na tendência para a utilização do hidrogênio como vetor energético.
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Metanol
O metanol é um líqüido, inflamável e possui chama invisível. Possui fórmula química CH4O
A tualmente é obtido pela reação do gás de síntese (produzido a partir de origens fósseis, como o gás natural), uma mistura de H2 com CO passando sobre um catalisador metálico a altas temperaturas e pressões.
Mai/10 - 17
Esta reação processa-se à temperatura de cerca de 300°C e pressões de 200 a 300 atm. A equação da reação é:
CO + 2 H2 → H3C-OH
Ele também pode ser produzido a partir da cana-de-açúcar.
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Um pouco de história
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Pilha comum, Bateria e Célula a Combustível
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Funcionamento básico da CaC
• A estrutura básica de uma célula a combustível consiste de três partes:
-ânodo,
-cátodo e um
-eletrólito.
Mai/10 - 20
O combustível básico de uma célula a combustível é o hidrogênio, que reage com o oxigênio produzindo água e eletricidade.
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Reação Química
• No ânodo2 H2 => 4 H+ + 4 e-
• No cátodoO2 + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O
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Tipos de Célula a Combustível
Mai/10 - 22
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CaC Alcalina - AFC
• O eletrólito utilizado é uma solução concentrada de KOH .
• Pilhas AFC utilizadas no programa Apollo da NASA.
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• Os eletrólitos alcalinos (p. ex. NaOH e KOH) dissolvem o CO2 (prejudica a célula!).
• O eletrólito apresenta custos reduzidos.
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CaC Membrana - PEMFC
Mai/10 - 24
• Simplicidade de funcionamento.
• Problemas de corrosão são mínimos.
• O catalisador utilizado é a platina.
• Os combustíveis utilizados podem ser, por exemplo, metanol, etanol, metano, propano, etc.
• O metanol (líquido) pode ser facilmente transportado e armazenado.
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CaC Ácido Fosfórico - PAFC
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• As primeiras a serem produzidas.Unidades de 200 kW instaladas nos Estados Unidos e na Europa.
• Sistema de produção de energia elétrica seguro.
• Sistemas funcionaram continuamente durante anos sem qualquer manutenção.
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CaC Carbonato Fundido - MCFC
Mai/10 - 26
• Pode-se utilizar o níquel como catalisador no ânodo e óxido de níquel no cátodo (dada a alta temperatura) não sendo necessária a utilização de metais nobres .
• Pode utilizar-se diretamente gás natural, não havendo a necessidade da utilização de “reformadores” externos.
• Eletrólito corrosivo (lítio, potássio e carbonatos de sódio).
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CaC Óxido Sólido - SOFC
Mai/10 - 27
• Velocidades de reação elevadas sem a utilização de catalisadores nobres.
• Metano pode ser utilizado diretamente, sem unidade de reformação externa.
• Os materiais cerâmicos acarretam dificuldades adicionais na sua utilização, envolvendo custos de fabrico elevados e sendo necessários muitos equipamentos extras para que a célula produza energia elétrica.
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Energia Eólica
Mai/10 - 28
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• Energia Eólica:– abundante, – renovável, – limpa e – disponível em muitos lugares.
• Aerogeradores,– a força do vento é captada por hélices ligadas a uma
turbina que aciona um gerador elétrico.
• Potencial de aproveitamento no Brasil: 143.000MW
Mai/10 - 29
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Legislação
• O governo federal criou em abril de 2002 pela Lei no 10.438 o Programa de Incentivos às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa)– fonte eólica, – biomassa e – PCH
Mai/10 - 30
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Diagrama de um gerador eólico
Mai/10 - 31
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Aplicações comerciais
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