Modelação de Cátodos Porosos para Redução Eletroquímica do CO2

• Autor(a) principal: Fernandes, Inês Sitéria de Sousa Rodrigues
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/132736
• topic: Armazenamento de energia; modelação computacional; modelo matemático; redução eletroquímica de CO2; elétrodo poroso; catalisador de zinco; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química

A mitigação das emissões de CO2, provenientes de efluentes gasosos industriais, é vital para a diminuição do efeito estufa atmosférico, e consequentemente para o combate às alterações climáticas. Uma das estratégias para atingir este objetivo são as tecnologias de utilização do CO2, das quais a Redução Eletroquímica do CO2 (CO2R) é das com maior potencial. Na presente tese, um modelo bidimensional para elétrodos porosos, desenvolvido por C. Ma et al. (2018) para desenhar elétrodos para uma bateria de escoamento de fluxo, à base de quinona, foi adaptado para permitir o desenho e otimização de elétrodos porosos de um eletrolisador para a co-electrólise de CO2 e água utilizando um cátodo de zinco. As simulações foram efetuadas utilizando o Software COMSOL®. A validação do modelo foi efetuada utilizando os dados experimentais publicados por Luo et al. (2019) utilizando também um cátodo de zinco. Os efeitos da porosidade e do diâmetro de poro no desempenho do elétrodo, nos perfis de concentração do CO2, e nos perfis de pH da reação de redução do CO2, após avaliação, permitiram a otimização da porosidade e do diâmetro de poro para o elétrodo. A morfologia do elétrodo foi caracterizada pelo Fator de Forma que permitiu a análise dos efeitos cumulativos de volume de poro, área superficial específica e diâmetro de poro. O estudo dos efeitos da variação deste fator no desempenho do elétrodo permitiu a sua otimização. A otimização do desempenho do cátodo poroso e compreensão dos efeitos da sua morfologia foram alcançadas com a modelação efetuada. Este trabalho demonstra que, utilizando o esquema de otimização da estrutura porosa proposto, foi possível aumentar 1.84 vezes a densidade de corrente, e 2.31 vezes o fluxo de produção de CO, obtidos experimentalmente por Luo et al., com o cátodo de morfologia de fibra triangular equilateral.