Hidrogênio verde em projeto

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Laboratório do IPT desenvolve projeto de gaseificação de biomassa com o Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) da Alemanha

Desenvolver um processo de produção de hidrogênio verde por meio da gaseificação de biomassa e da reforma térmica dos gases é o objetivo de um projeto que está em execução desde o mês de janeiro pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas em parceria com os alemães do Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT). “A parceria entre o IPT e o KIT está focada em uma pesquisa colaborativa dentro da cadeia do H2V, bem como promover o intercâmbio e a capacitação de pesquisadores de ambas as instituições”, explica o pesquisador do IPT, Ademar Hakuo Ushima. 

O projeto de P&D coordenado pelo Laboratório de Bioenergia e Eficiência Energética do IPT tem a duração prevista de 12 meses e, segundo Ushima, combinam-se dentro do seu escopo dois tópicos: o primeiro é a geração de hidrogênio via gaseificação de bagaço de cana-de-açúcar e reforma térmica do gás.

O segundo tópico é o armazenamento de hidrogênio via hidrogenação catalítica de bio-óleo (hidrodesoxigenação) gerado a partir da pirólise rápida de bagaço de cana. “Nesse sentido, o projeto combina as tecnologias de gaseificação, reforma térmica do gás de síntese, pirólise rápida e melhoramento do bio-óleo”, completa ele.

O objetivo do projeto atende às diretivas do programa denominado ‘Cooperação Alemã-Brasileira em Pesquisa no Setor de Energia – NoPa 2.0’ para as áreas temáticas Hidrogênio Verde/PtX, Eletrificação Direta e Armazenamento de Energia, com fundos da Sociedade Alemã para Cooperação Internacional (GIZ) GmbH, em nome do Ministério Federal de Cooperação e Desenvolvimento Econômico (BMZ), como parte da iniciativa ‘DKTI Parceria de Tecnologia entre Brasil e Alemanha’. O projeto foi contemplado via edital da organização de fomento DAAD (Deutscher Akademischer Austauschdienst, ou Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico, em português).

Etapa de preparação do bagaço de cana-de-açúcar: moagem da porção retida no peneiramento no laboratório do IPT…

“Existem critérios de longo e curto prazo dentro do programa que o projeto de pesquisa estima alcançar, e cujos impactos e efeitos contribuam para o desenvolvimento de uma rede internacional e aquisição de experiência no campo da cooperação internacional”, explica Ushima. O pesquisador Klaus Raffelt do Instituto de Pesquisa e Tecnologia da Catálise (IKFT) do KIT é o responsável por comandar as atividades relacionadas ao instituto alemão; no Brasil, Ushima é o coordenador das atividades da equipe do IPT. 

ATIVIDADES SIMULTÂNEAS – As atividades experimentais do projeto estão sendo executadas simultaneamente nas duas instituições: a etapa de gaseificação do bagaço de cana-de-açúcar em um reator de leito fluidizado, seguida da reforma térmica do gás de síntese gerado, por exemplo, é realizada pelo IPT. 

A segunda fase, executada no IKFT/KIT, consiste em realizar a pirolise rápida do bagaço de cana-de-açúcar para a obtenção do bio-óleo, que será então melhorado para precursores de combustível com maior teor de energia do que o óleo de pirólise original via hidrogenação catalítica. Os produtos serão 100 % renováveis e adequados para refino adicional em plantas comerciais.

Um dos principais desafios técnicos do projeto é a deposição excessiva de carbono no reator de reforma térmica, principalmente quando é utilizado o gás de síntese ‘bruto’, que tem teores elevados de alcatrão e vapor de água. Essa deposição pode bloquear o reator de reforma térmica, interrompendo a reforma. O alcatrão tem um teor elevado de carbono que, na reforma térmica, poderá reagir com o vapor d’água e o dióxido de carbono presente no gás de síntese ‘bruto’, gerando o gás hidrogênio e o monóxido de carbono, ou se depositar nas paredes do reator na forma de carbono que, dependendo da intensidade, pode até bloquear a passagem dos gases. É um dos pontos de investigação do projeto”, explica o pesquisador do IPT.

As horas de mão-de-obra dos pesquisadores do IPT a serem dispendidas no projeto estão sendo financiadas via dotação do Governo do Estado de São Paulo (GESP), no valor total de R$ 245.158,47. As demais despesas de custeio da viagem e estadia dos bolsistas do IPT e KIT, inscrições no evento European Biomass Conference & Exhibition (EUBCE) 2023 e compra de material de consumo e serviços externos realizados no projeto serão custeadas pelo DAAD sob a supervisão do KIT.

…e obtenção da fração orgânica da pirólise rápida do bagaço de cana-de-açúcar no reator Python do IKFT/KIT


Estão previstos no projeto a aquisição de peças de reposição, consumíveis e serviços de terceiros, incluindo a compra de uma coluna cromatográfica e a contratação de serviços analíticos externos ao IPT para determinação de gases H2S (sulfeto de hidrogênio) e NH3 (amônia) e seus compostos, custeados pelo DAAD.

INTERCÃMBIO DOS PESQUISADORES – A execução do projeto envolve um total de 14 colaboradores, sendo sete pesquisadores de cada instituição. Dois deles vinculados ao IPT e dois do KIT irão realizar um intercâmbio: o pesquisador visitante Dênis Correa Meyer está na Alemanha desde o mês de abril e ficará até outubro, participando das atividades de geração de bio-óleo via pirólise rápida do bagaço de cana-de-açúcar e de hidrogenação catalítica do bio-óleo gerado.

O outro pesquisador do IPT, Vittor Alves, fará uma visita de uma semana ao KIT para acompanhar os testes de hidrogenação e participar do evento EUBCE 2023 no mês de junho. Ao final do mês, um pesquisador vinculado ao KIT virá ao IPT por seis meses para participar dos testes de gaseificação e reforma térmica do gás gerado a partir da gaseificação de bagaço de cana. Nesse período também está prevista a visita do coordenador do projeto do KIT ao Brasil, por uma semana, para discutir o andamento e resultados dos testes experimentais do projeto.

Este não é o primeiro projeto de parceria entre o IPT e o KIT: em 2009 o pesquisador Ushima visitou as instalações do IKFT/KIT e, em 2016, a assistente de pesquisa Renata Moreira realizou um treinamento no instituto alemão por meio do Programa de Desenvolvimento e Capacitação no Exterior (PDCE) do IPT. Desde então foram mantidos contatos e algumas publicações científicas foram realizadas em colaboração. 

Em 2020, foi firmado o acordo de cooperação entre o KIT e IPT, com vigência até julho de 2024: dentro deste convênio, está sendo desenvolvido outro projeto de pesquisa que visa estudar duas biomassas de cana-de-açúcar (bagaço e palha) via pirólise rápida utilizando uma linha de by-pass com um sistema denominado quenching medium, que seria um sistema de resfriamento circulante, utilizando etanol. Ademais, o melhoramento do bio-óleo de pirólise via hidrogenação catalítica também é investigado utilizando novos catalisadores. O projeto está sendo executado desde 2020 e tem previsão de finalização em 2024.

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