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Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Out/09 -1 Boa noite a todos José Carlos Basilio

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Apresentação em tema: "Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Out/09 -1 Boa noite a todos José Carlos Basilio"— Transcrição da apresentação:

1 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Out/09 -1 Boa noite a todos José Carlos Basilio –Categorias FSA –Acadêmico –Geral

2 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

3 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 mais promissoras. A PEMFC faz uso de uma das mais simples reações da célula a combustível.

4 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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.célula a combustível 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.

5 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 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.

6 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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.

7 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 acélula a combustívelcombustível 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.

8 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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)célula a combustível que pode ser empregada para energizar motores, lâmpadas e outros aparelhos elétricos.

9 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC – vídeo Mai/10 -9

10 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Contextualização do tema Mai/10 -10

11 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Contextualização do tema Mai/10 -11

12 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Contextualização do tema Mai/10 -12

13 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 -13

14 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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

15 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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. Mai/ 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.

16 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Descarbonização da energia Mai/ 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.

17 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Metanol O metanol é um líqüido, inflamável e possui chama invisível. Possui fórmula química CH 4 O A tualmente é obtido pela reação do gás de síntese (produzido a partir de origens fósseis, como o gás natural), uma mistura de H 2 com CO passando sobre um catalisador metálico a altas temperaturas e pressões.gás de síntese fósseisgás naturalH 2CO catalisador Mai/ 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 H 2 H 3 C-OH Ele também pode ser produzido a partir da cana-de-açúcar.cana-de-açúcar

18 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Um pouco de história Mai/10 -18

19 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Pilha comum, Bateria e Célula a Combustível Mai/10 -19

20 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Funcionamento básico da CaC A estrutura básica de uma célula a combustível consiste de três partes: -ânodo, -cátodo e um -eletrólito. Mai/ O combustível básico de uma célula a combustível é o hidrogênio, que reage com o oxigênio produzindo água e eletricidade.

21 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Reação Química No ânodo 2 H2 => 4 H e - No cátodo O2 + 4 H e - => 2 H2O Mai/10 -21

22 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Tipos de Célula a Combustível Mai/10 -22

23 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC Alcalina - AFC O eletrólito utilizado é uma solução concentrada de KOH. Pilhas AFC utilizadas no programa Apollo da NASA. Mai/ Os eletrólitos alcalinos (p. ex. NaOH e KOH) dissolvem o CO2 (prejudica a célula!). O eletrólito apresenta custos reduzidos.

24 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC Membrana - PEMFC Mai/ 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.

25 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC Ácido Fosfórico - PAFC Mai/ 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.

26 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC Carbonato Fundido - MCFC Mai/ 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).

27 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB CaC Óxido Sólido - SOFC Mai/ 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.

28 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Energia Eólica Mai/10 -28

29 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 -29

30 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB 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 -30

31 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Diagrama de um gerador eólico Mai/10 -31

32 Geração de Energia e Desenvolvimento Sustentável FSA – Gestão de Energia - JCB Aplicações comerciais Mai/10 -32


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