Produção de hidrogênio por eletrólise alcalina da água e energia solar

• Autor(a) principal: Palhares, Dayana D'Arc de Fátima
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21286; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.497
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Engenharia química; Energia solar; Hidrogênio; Eletrólise; Luz solar; Energia fotovoltaica; Electrolysis; Hydrogen; Sunligh; Photovoltaic energy

O hidrogênio é um combustível limpo, com alto poder calorífico superior (141,86 kJ/g a 25oC e 1 atm) e apresenta apenas água como produto de combustão. A eletrólise da água é um processo relativamente simples para produção de hidrogênio e, quando realizada por fontes de energia renováveis, como a hidráulica, a eólica e a solar fotovoltaica, é considerada um processo sustentável e vantajoso. Por isso, o presente trabalho teve como objetivo estudar a produção de hidrogênio por eletrólise alcalina da água e energia solar fotovoltaica nas condições meteorológicas de Uberlândia (MG). Para tanto, foi projetada uma célula eletrolítica no formato cilíndrico, de volume aproximado de 675 cm3, com uma placa de separação entre os eletrodos. Inicialmente, testes de bancada foram realizados com uma fonte de tensão de corrente contínua a partir de eletrodos de grafite, aço inox 304 e monel 400, combinados com soluções eletrolíticas de hidróxido de sódio (NaOH) nas concentrações de 2,0, 3,5 e 5,0 mol/L. Dessa investigação preliminar, as máximas produções de hidrogênio encontradas para os eletrodos de grafite, aço inox 304 e monel 400 foram 4,86, 10,40 e 8,12 mL/min, respectivamente. Verificou-se que os eletrodos de aço inox 304 apresentaram as maiores vazões de hidrogênio na faixa de tensões e concentrações de eletrólito estudadas. Após tratamento estatístico das informações experimentais, verificou-se que as condições que maximizaram a produção de hidrogênio eram obtidas com eletrodos de aço inox submetidos a uma tensão elétrica de 3,4 V e a concentração de NaOH de 5,0 mol/L. Portanto, os experimentos com a placa fotovoltaica foram conduzidos com os eletrodos de aço inox 304 e NaOH a 5,0 mol/L das 10h às 14h. Nas condições meteorológicas estudadas, foram produzidos cerca de 2 L de hidrogênio em dias com irradiância média de 808 W/m2. A eficiência total nesses dias foi em torno de 1,12%. Verificou-se que a nebulosidade foi o fator que mais interferiu na vazão de hidrogênio. Os gases produzidos no cátodo foram analisados em cromatografia gasosa e foram encontrados percentuais de hidrogênio de 98,8 ± 0,4%, o que mostra que a placa de separação entre os eletrodos foi eficaz para evitar que os gases do ânodo se misturassem com os do cátodo. Por fim, concluiu-se que o sistema projetado foi capaz de produzir hidrogênio com pureza significativa por meio da energia solar fotovoltaica.