Boa noite a todos José Carlos Basilio

Apresentação em tema: "Boa noite a todos José Carlos Basilio"— Transcrição da apresentação:

1 Boa noite a todos José Carlos Basilio jcbasilio@wordpress.com
Categorias FSA Acadêmico Geral Out/09 -

2 Programação Roteiro 10/05/10 17/05/10 Células a Combustível
Energia Eólica, Energia Solar, Energia das Marés, Biomassa Mai/10 -

3 O que você sabe sobre essas miniusinas de eletricidade?
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 O que você sabe sobre essas miniusinas de eletricidade? A célula a combustível com membrana para troca de prótons (PEMFC) é uma das tecnologias mais promissoras. A PEMFC faz uso de uma das mais simples reações da célula a combustível. Out/09 -

4 Qual é uma das metas prioritárias das células a combustível?
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% 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. Out/09 -

5 Qual a tecnologia com potencial para ser empregada em pequenos
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 de carbonato fundido 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. Out/09 -

6 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 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. Out/09 -

7 Sob o ponto de vista técnico, o que é uma célula a combustível?
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 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. Out/09 -

8 A célula a combustível fornece tensão de que tipo?
Quiz A célula a combustível fornece tensão de que tipo? Corrente alternada Corrente negativa Corrente contínua A célula a combustível fornece tensão em CC (corrente contínua) que pode ser empregada para energizar motores, lâmpadas e outros aparelhos elétricos. Out/09 -

9 CaC parte 1 CaC parte 2 CaC parte 3
CaC – vídeo CaC parte 1 CaC parte 2 CaC parte 3 Mai/10 -

10 Contextualização do tema
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11 Contextualização do tema
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12 Contextualização do tema
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13 Porque célula a combustível é uma alternativa?
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 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 -

14 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 -

15 Revolução Industrial Século XVII Thomas Newcomen, em Staffordshire, na Grã-Bretanha, instala um motor a vapor para esgotar água em uma mina de carvão. Século XVIII Abraham Darby, em Coalbrookdale, Shropshire, na Grã-Bretanha, utiliza o carvão para baratear a produção do ferro James Watt, na Grã-Bretanha, introduz o condensador na máquina de Newcomen, componente que aumenta consideravelmente a eficiência do motor a vapor. Edmund Cartwright, de Leicestershire, na Grã-Bretanha, patenteia o primeiro tear a vapor. Alessandro Volta, na Itália, inventa a bateria elétrica. Século XIX Robert Fulton desenvolveu uma embarcação a vapor na Grã-Bretanha. George Stephenson concluiu uma locomotiva a vapor, e inaugura a primeira ferrovia, entre Darlington e Stockton-on-Tees, na Grã-Bretanha. A Bélgica e a França iniciaram as respectivas industrializações utilizando como matéria-prima o ferro e como força-motriz o motor a vapor. Gottlieb Daimler inventou um motor a explosão. Mai/10 -

16 ‘Descarbonização’ da energia
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. Mai/10 -

17 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. 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. Mai/10 -

18 Um pouco de história Mai/10 -

19 Pilha comum, Bateria e Célula a Combustível
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20 Funcionamento básico da CaC
A estrutura básica de uma célula a combustível consiste de três partes: -ânodo, -cátodo e um -eletrólito. O combustível básico de uma célula a combustível é o hidrogênio, que reage com o oxigênio produzindo água e eletricidade. Mai/10 -

21 + energia Reação Química No ânodo No cátodo 2 H2 => 4 H+ + 4 e-
O2 + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O + energia Mai/10 -

22 Tipos de Célula a Combustível
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23 O eletrólito utilizado é uma solução concentrada de KOH .
CaC Alcalina - AFC O eletrólito utilizado é uma solução concentrada de KOH . Pilhas AFC utilizadas no programa Apollo da NASA. Os eletrólitos alcalinos (p. ex. NaOH e KOH) dissolvem o CO2 (prejudica a célula!). O eletrólito apresenta custos reduzidos. Mai/10 -

24 Simplicidade de funcionamento. Problemas de corrosão são mínimos.
CaC Membrana - PEMFC 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. Mai/10 -

25 CaC Ácido Fosfórico - PAFC
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. Mai/10 -

26 CaC Carbonato Fundido - MCFC
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). Mai/10 -

27 CaC Óxido Sólido - SOFC 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. Mai/10 -

28 Energia Eólica Mai/10 -

29 Potencial de aproveitamento no Brasil: 143.000MW
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: MW Mai/10 -

30 Legislação O governo federal criou em abril de 2002 pela Lei no o Programa de Incentivos às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa) fonte eólica, biomassa e PCH Mai/10 -

31 Diagrama de um gerador eólico
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32 Aplicações comerciais
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