UTILH2 - Instituto Nacional de Tecnologia

Transcrição

INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA
DIVISÃO DE INOVAÇÃO E PROSPECÇÃO TECNOLÓGICAS
REALTORIO FINAL DE ATIVIDADES – METAS 4 E 5
PROJETO UTILH2
EQUIPE DO PROJETO
VERA LUCIA MAIA LELLIS - COORDENADORA
LENA VANIA RIBEIRO PINHEIRO - CONSULTORA
AMANDA MOURA DE SOUZA
CAMILA BELO
CARLA RODRIGUES MACHADO RANGEL
FABIO MENDES FERREIRA
GABRIEL VINICIUS PEREIRA DA SILVA LIMA
LEILA DOS SANTOS
ROSANA SILVA DE OLIVEIRA
RAQUEL TAVARES D’AVILA
SANDRA BISI
RIO DE JANEIRO
31 DE AGOSTO 2010
1
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO, 3
2. SOBRE O HIDROGÊNIO, 3
3. PRINCIPAIS FONTES DE H2, 4
4. O PROJETO, 4
4.1. Metodologia Utiilizada e Parâmetros da Pesquisa, 5
4.1.2. Construção das estratégias de Busca, 6
5. O Estado da Arte da Pesquisa sobre H2 no Brasil, 9
5.1. Os Grupos de Pesquisa, 9
5.2. A Pesquisa Acacêmica / Dissetações e Teses Brasileiras sobre H2, 12
6. ESTADO DA ARTE BRASILEIRO DO DEPÓSITO DE PATENTES, 13
6.1. Depósito de Patentes sobre Produção de H2 no Brasil, 15
6.2 Depósito de Patentes sobre armazenamento de H2 no Brasil, 16
6.3. Depósito de Patentes sobre Célula a Combustível – CaC, 17
7. ESTADO DA ARTE INTERNACIONAL DA PESQUISA SOBRE H2, 20
7.1. Resultado da Análise da Pesquisa sobre Produção de H2, 20
7.1.1 Por Processos de Produção, 21
7.1.2 Por Instituição e País, 27
7.2. Resultado da Análise da Pesquisa sobre Armazenamento de H2, 31
7.2.1 Resultado da Pesquisa sobre Armazenamento de H2, por País 32
7.2.2 Rank da Produtividade Científica sobre Armazenamento, por Instit. de Pesq., 35
7.3. Análise da Publicação Internacional de Artigos sobre Celula a Combustivel, 40
8. LEVANTAMENTO DOS DEPÓSITOS DE PATENTES SOBRE H2, NO MUNDO, 44
8.1 Resultado da Análise do Depósito Patentes Internacional sobre Produção de H2, por tipo de
processo, 45
8.2. Resultado da Análise do Depósito Patentes Internacional sobre Armazenamento 57
8.3 Resultado da Análise do Depósito Patentes Internacional sobre CaC
72
9. PANORAMA DAS PRINCIPAIS TECNOLOGIAS PATENTEADAS SOBRE HIDROGÊNIO NO
MUNDO A PARTIR DA CLASSIFICAÇÃO INTERNACIONAL DE PATENTES (CIP), 80
9. APLICAÇÕES DE HIDROGÊNIO A CÉLULAS A COMBUSTÍVEL, 86
10. PLANTAS INDUSTRIAIS DE H2, 89
11. FORMAÇÃO DE CAPITAL HUMANO, 93
11.1. Ementas dos Cursos Oferecidos no Âmbito do Projeto UTILH2, 94
11.2. Treinamento da equipe do Projeto, 96
12. SITE DE DIVULGAÇÃO DE INFORMAÇÕES E ATIVIDADES DO H2, 97
13. CONSIDERAÇÕES FINAIS, 99
ANEXO 1.Nº DE TESES E DISSERTAÇÕES POR INSTITUIÇÃO
2
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho sobre o hidrogênio vem complementar o Roteiro para Estruturação da
Economia do H2, documento elaborado em 204-2005, que reflete os entendimentos e
percepções gerais dos participantes dos fóruns de discussão que diagnosticaram a
situação atual do H2 no Brasil e no mundo.Ao contrário do Roteiro que sugere uma visão
futurista para a economia do hidrogênio, este trabalho resultou em um estado da arte
nacional e mundial, onde visualiza-se a evolução da pesquisa e do desenvolvimento de
tecnologias para uso do H2 e a maturidade do mercado visto através do depósito de
patentes.
Este relatório está organizado em 13 capítulos que mostram o contexto histórico e
atual do hidrogênio no âmbito de sua cadeia de valor, ou seja, as macro atividades de
produção, armazenamento e célula a combustível, e no capítulo 14, são feitas algumas
considerações sobre os resultados do projeto.
2. SOBRE O HIDROGÊNIO
Uma das metas a ser atingida sobre o hidrogênio é acreditar na sua factibilidade
como um real vetor energético. Podemos deduzir até agora que, através da utilização das
energias renováveis, poderemos estar livres dos ativos poluentes, garantindo a
independência sobre o petróleo, por exemplo, de alto custo e finito no planeta.
Essa busca de eficiência na produção de energia, adicionada a constante
preocupação com as mudanças climáticas, motivam a construção e o desenvolvimento de
estratégias energéticas sustentáveis, vendo o hidrogênio e células a combustível, como
potenciais tecnológicos emergentes.
O Brasil apresenta um grande potencial para produzir este combustível a partir de
diversas fontes de energia, de forma a equilibrar ainda mais a sua matriz energética, além
de utilizar o hidrogênio em uma tecnologia muito eficiente, a célula a combustível.
O uso do hidrogênio como vetor energético, vem minimizar a sobrecarga na
demanda por apenas um ou dois combustíveis no futuro (biomassa), diminuindo o
impacto no meio ambiente, tanto no excesso de produção e uso do campo, quanto na
menor emissão de poluentes em grandes centros urbanos, além de criar oportunidades
para esta nova indústria de ponta no Brasil.
3
3. PRINCIPAIS FONTES DE H2
Embora não apareça na sua forma pura, produzido através do uso de alguma
energia, o hidrogênio se encontra por toda parte podendo ser obtido a partir do etanol,
metanol, biogás, gás natural, amônia, glicerol (um dos resíduos do biodiesel), eletrólise da
água, biomassa entre outras fontes.
A biomassa oferece as melhores perspectivas entre todas as fontes de energia
renováveis, seja produzindo álcool (etanol), metanol ou metano (CH4). A cana-de-açúcar,
o milho, as florestas cultivadas, soja, dendê, girassol, colza, mandioca, palha de arroz,
lascas ou serragem de madeira, dejetos de criação animal, são bons exemplos de
biomassa.
Portanto, água, biogás a partir da biomassa, biogás a partir do lixo urbano, gás
natural, petróleo e derivados, etanol a partir da biomassa, biodiesel, amônia, algas
constituem-se em principais fontes de hidrogênio. O hidrogênio assim produzido contém
grande parte da energia química, térmica e/ou elétrica empregada em sua geração, a qual
poderá ser recuperada quase em sua totalidade por meio de processos adequados. Uma
vez que este hidrogênio pode ser armazenado, transportado e reconvertido em energia,
este gás caracteriza-se por ser um transportador de energia, sendo, portanto,
denominado vetor energético.
Atualmente nota-se um empenho pela utilização do gás natural e futuramente o
hidrogênio. Com isso, delineia-se no horizonte energético a “fase gasosa”. Essa evolução
na utilização dos combustíveis é citada por muitos autores como a descarbonização da
economia, pois os combustíveis utilizados têm cadeias carbônicas cada vez menores
(Figura 4). Este é um fato importante que tem sido percebido nos últimos duzentos anos
através de pesquisas, ou seja, que o mundo tem perseguido uma progressiva
descarbonização da matriz energética. Seguindo essa tendência, a economia baseada no
hidrogênio como fonte energética representaria o fim da era do carbono como fonte de
energia.
4. O PROJETO
O projeto UTILH2 tem por objetivos subsidiar a rede de utilização do hidrogênio
com levantamentos de informações estratégicas relativas à competência nacional no que
se refere a serviços tecnológicos, formação de recursos humanos e infra-estrutura de TIB,
apresentar o estado da arte pesquisa e do desenvolvimento de produtos, processos e
sistemas no âmbito das macro-atividades de produção, armazenamento e célula a
4
combustível. O projeto tem como objetivo também, desenvolver o arcabouço normativo
do H2.
Em função dos objetivos citados acima, os seguintes objetivos específicos foram
propostos para a implementação do projeto:
•
Constituir o Comitê Técnico Brasileiro de Hidrogênio
•
Elaborar e disseminar as normas brasileiras relativas a hidrogênio harmonizadas com
a ISO e IEC
•
Incrementar a participação brasileira, representada pela ABNT, junto a fóruns
regionais e internacionais de normalização
•
Mapear, atores, vocações e instalações disponíveis para aplicações do H2
•
Mapear recursos humanos nas áreas de aplicações do H2
•
Mapear as necessidades em TIB para a área de H2
•
Mapear a infra-estrutura existente e a ser suprida em padronização, ensaios,
calibração, metrologia legal e avaliação da conformidade.
•
Disponibilizar para os usuários de H2 seis cursos sobre segurança em laboratório de
H2.
Os resultados aqui apresentados retratam a competência nacional relativa recursos
humanos bem como apresenta o estado da arte da pesquisa e desenvolvimento do H2
em nível mundial.
4.1. Metodologia Utilizada e Parâmetros da Pesquisa
Mapear a produção científica, tecnológica e grupos de pesquisa em diferentes
subcampos do conhecimento, no caso o hidrogênio, tem como objetivo buscar responder
que aspectos e dimensões vêm sendo destacados e privilegiados em diferentes épocas e
lugares. A escolha da metodologia de Pesquisa “Estado da arte” deu-se por ser ela de
caráter inventariante, possibilitando determinar o processo de evolução da ciência e da
tecnologia ordenando periodicamente o conjunto de informações e resultados já obtidos
de forma a mostrar as possibilidades de integração sob diferentes perspectivas,
aparentemente autônomas.
O mapeamento através do estado da arte possibilita também a identificação de
duplicações ou contradições bem com mostra lacunas e vieses a serem explorados.
|O estado da arte nos leva a conhecer o já construído e produzido, ressaltando com isto o
que ainda não foi feito.
5
O universo pesquisado abrangeu a produção do conhecimento científico e tecnológico
nacional disponível em fontes de informações específicas tais como:
• Base de dados do Currículo Lattes,
• Base de dados Scopus,
• Science Direct,
• Isisknowledge,
• BDTD – Base de Dados de Teses e Dissertações e outras fontes disponíveis no
Portal da Capes.
O estado da arte nacional de pesquisa foi elaborado a partir das informações obtidas nas
bases de dados Lattes, Web of Science, Isisknowledge e BDTD. E o estado da arte
tecnológico foi construído a partir das informações recuperadas da base de dados de
patentes do INPI.
Já o estado da arte da pesquisa em nível mundial sobre H2 foi delineado pelas
informações obtidas da base Scopus, que é uma base multidisciplinar com cobertura
desde 1960, contendo 27 milhões resumos de artigos, referências e índices da literatura
científica, técnica e médica.
O levantamento do panorama mundial do depósito de patentes foi realizado
utilizando como fonte de informação o Espacenet (http://ep.espacenet.com), que é uma
ferramenta de busca eletrônica on line e gratuita disponibilizada pelo Escritório Europeu
de Patentes (European Patent Office –EPO). Esta base foi escolhida por indexar
documentos de mais de 72 países e regiões do mundo. A Espacenet em 2006 possuía 54
milhões de patentes indexadas.
4.1.2. Construção de estratégias de busca
Após a seleção das fontes de informação, seguiu-se a determinação da melhor
estratégia a ser adotada para a prospecção das informações. Nesta fase da pesquisa
levou-se em consideração a estrutura da cadeia de valor do hidrogênio delineada pelo
Roteiro para a Estruturação da Economia do Hidrogênio no Brasil e apresentada a seguir.
6
Figura 0: Cadeia Produtiva do H2
Cadeia Produtiva
FONTE
PRODUÇÃO
ARMAZENAMENTO
CONVERSÃO
APLICAÇÃO
Gás natural
Biomassa
Álcool
Solar
Eólica
Eletrólise
Reforma
Vapor
Oxidativo
Biológica
Fotobiológica
Fotossintética
Fotocatalítica
Fermentação
Prirólise
Gaseificação
Biomassa
Carvão
Reservatório
H2 comprimido
H2 líquido
Ligação química
Hidretos metálicos
Magnésio
Níquel
Aço
Titânio
Ródio
Hidretos alcalinos
Água
Organometálicos
Adsorção química
Micro-esferas
Subterrâneo
Aquilíferos
Células a combustível*
PEMFC
SOFC
PAFC
MCFC
AFC
DMFC
DEFC
DFAFC
MFC
HMFC
ZAFC
RFC
Motores de combustão
interna
Turbina a gás
Geração de energia
Estacionária
Portátil
Remota
Microgeração
Militar
Marítima
Residencial
Comercial
Industrial
Transporte
Processos químicos
*Siglas de CaC por extenso:
PEMFC - “Proton Exchange Membrane Fuel Cell”;
SOFC - “Solid Oxide Fuel Cell”;
PAFC - “Phosphoric Acid Fuel Cell”;
MCFC - “Molten Carbonate Fuel Cell”;
AFC - “Alkaline Fuel Cell”;
DMFC - “Direct Methanol Fuel Cell”;
DFAFC - “Direct formic acid fuel cells”;
MFC- “Microbial fuel cells”;
HMFC – “Hydrogen membrane fuel cells”;
ZAFC – “Zinc Air Fuel Cells”;
RFC – “Regenerative Fuel Cells”;
AAFC – “Aluminium Air Fuel Cells”;
DEFC – “Direct Ethanol Fuel
7
Com base nos elementos contidos na duas cadeia, iniciou-se o levantamento de
informações, tendo como base as seguintes combinações de descritores:
Quadro 1: Estratégia de busca preliminar – Produção
Estratégias
Patentes
hydrogen and production
≈10.000
hydrogen and reforming
3.346
hydrogen and electrolysis
2.298
hydrogen and gasification
597
hydrogen and pyrolysis
473
hydrogen and biological and production
216
TOTAL
≈ 17.000,00
Fonte: Espacenet - http://ep.espacenet.com/
A busca preliminar foi realizada em documentos de patentes que continham em
seu título e resumo os descritores acima, resultando em um volume de aproximadamente
17.000 documentos, tornando impossível a leitura dos mesmos.
Visando racionalizar a busca optou-se por fazer a truncagem dos termos
relacionados a produção, armazenamento e a CaC, através da utilização de aspas, a fim
de se obter um resultado mais preciso e próximo do escopo do projeto. O quadro 2 mostra
os resultados obtidos após a revisão das estratégias de busca.
Quadro 2: Estratégias de busca com truncamento – Produção
Estratégias
“hydrogen production”
Patentes
1.083
“hydrogen production” and reforming
280
“hydrogen production” and electroly*
143
“hydrogen production” and gasif*
31
“hydrogen production” and pyrolysis
9
“hydrogen production” and biological
20
8
Quadro 3: Estratégias de busca com truncamento – Armazenamento
Estratégias
“hydrogen storage”
“hydrogen storage” and metal* and hydride*
“hydrogen storage” and alloy*
“hydrogen storage” and carbon and nanotub*
“hydrogen storage” and metal and organic
“hydrogen storage” and polymer*
Patentes
5.003
405
3.565
297
42
135
Quadro 4: Estratégia de busca após a revisão – CaC
Estratégia
hydrogen and “fuel cell*”
Patentes
8.345
É importante ressaltar que por mais ampla que a busca de documentos de patentes seja
realizada, alguns documentos não podem ser recuperados por se encontrarem na fase de
sigilo, que tem a duração de 18 meses contados a partir da data de depósito.
5. ESTADO DA ARTE DA PESQUISA BRASILEIRA SOBRE H2
Neste capítulo são apresentados os resultados da pesquisa sobre a produção,
armazenamento e CaC no Brasil,. Os gráficos permitem que o especialista possa fazer
uma análise comparativa, identificar avanços, estagnação e retrocessos no setor tendo
como parâmetros os últimos 30 anos aproximadamente. As informações estão
apresentadas do geral para o específico, facilitando a análise a partir de uma visão
sistêmica.
5.1. Os Grupos de Pesquisa
O mapa da pesquisa no Brasil sinaliza para uma concentração dos grupos de pesquisa e
conseqüente desenvolvimento de projetos no Sul, Sudeste e Nordeste do país. Poucas
iniciativas podem ser vista no Norte e Centro Oeste, conforme mostra a figura 1.
9
Figura 1: Mapa da pesquisa no Brasil
Fonte: Base de dados Lattes
O gráfico a seguir reforça a informação sobre a concentração da pesquisa por estado.
Gráfico 1: Distribuição da pesquisa por estado
O levantamento dos artigos sobre H2 publicados por pesquisadores e especialistas
brasileiros foi realizado sem restrição de tempo na base Web of Science e recuperou um
total de aproximadamente 520 artigos, conforme mostra o gráfico 2.
10
Gráfico 2: Evolução da pesquisa sobre de H2 no Brasil, por ano
67 66 70 65
70
60
46
50
41
40
31
30
16
20
2
1
2
19 84
19 86
19 88
19 89
7
8
19 96
1
9
9
5
19 95
1
19 82
10
5
13
17 19 19
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 94
19 93
19 92
19 91
0
Fonte: Web of Science - http://isiknowledge.com/ (via portal capes)
O gráfico acima apresenta a evolução da pesquisa sobre produção, armazenamento e
CaC, desde 1982, sendo que em 2008 deve-se levar em consideração a periodicidade da
publicação e/ou que os artigos submetidos e aceitos para publicação ainda encontraremse no prelo.
A evolução da pesquisa por matéria prima para obtenção de H2 é a seguinte:
Figura 2: Evolução da pesquisa sobre H2, por matéria prima
60
50
Biomassa
40
Carvão
Gás Natural
30
Nuclear
Solar
20
Eólica
10
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
Fonte: www.scopus.com/
11
Gráfico 4: Produtividade científica por autor na pesquisa sobre H2, no Brasil.
GONZALEZ, E.R.
80
TICIANELLI, E.A.
SCHMAL, M.
33
32
AVACA, L.A.
MACHADO, S.A.S.
27
26
ANTOLINI, E.
22
LINARDI, M.
21
NORONHA, F.B.
PAGANIN, V.A.
16
NETO, A.O.
16
SALGADO, J.R.C.
15
COLMATI, F.
15
14
GIZ, M.J.
TREMILIOSI, G.
13
SILVA, A.M.
13
MATTOS, L.V.
13
ASSAF, E.M.
13
SPINACE, E.V.
12
PEREZ, J.
12
OLIVI, P.
12
LIMA, F.H.B.
12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Fonte: Web of Science - http://isiknowledge.com/ (via portal capes)
5.2 A Pesquisa Acadêmica / Dissertações e Teses Brasileiras sobre H2
As teses e dissertações sobre hidrogênio energético foram recuperadas no banco
de teses da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES e
nas Bibliotecas Digitais de Teses e Dissertações - BDTD, do Instituto Brasileiro de
Informação em Ciência e Tecnologia - IBICT.
Foram identificadas e selecionadas 112 teses e dissertações, onde se percebe que
mais da metade das mesmas foram produzidas na Região Sudeste. O gráfico abaixo
mostra a distribuição percentual da produtividade acadêmica no Brasil.
12
Gráfico 4: Percentual da produtividade acadêmica por área do conhecimento
2%1%
5% 3% 2%
22%
8%
13%
16%
13%
15%
Físico-Química
Engenharia Elétrica
Engenharia Mecânica
Engenharia Química
Química
Tecnologia Nuclear
Ciência e Engenharia de Materiais
Planejamento Energético
Ciências
Metrologia
Outros
Fonte: Sites de Universidades, Centros e Institutos de Pesquisa
Das teses e dissertações identificadas por área de conhecimento, a área de físicoquímica, a engenharia elétrica e a engenharia mecânica são as áreas que apresentam
maior concentração de pesquisa e desenvolvimento acadêmicos. Entre as áreas com
menos representatividade ainda, estão as áreas de engenharia de produção, Engenharia
Ambiental, Ciência dos Materiais e Metalurgia, Tecnologia de Processos Químicos e
Bioquímicos, Química Inorgânica.
6. ESTADO DA ARTE DO DEPÓSITO DE PATENTES NO BRASIL
Os seguintes marcos influenciaram o desenvolvimento de patentes no Brasil1. São eles:
•
1995 – Já existiam vários protótipos da indústria automobilística
•
1999 – Formação do grupo Electrocell
•
2001-11 – Atentado nos EUA favorece as pesquisas sobre energias alternativas ao
petróleo
•
2001 - Criação do CENEH - Centro Nacional de Referência em Energia do
Hidrogênio da UNICAMP.
1
Ett, Gerhard. Workshop sobre Tecnologias do Hidrogênio: Normalização. INT: Natal, 2010.
13
•
2001 - Apagão – Muitas empresas preocupadas com a falta de energia viram no
hidrogênio uma solução, investindo em P&D (Electropaulo / AES, CEMIG, etc.)
•
2002 - Formatação do Procac-Programa Brasileiro de Sistemas de Células a
Combustível, Instituído pela Portaria MCT nº 731 de 14 de novembro de 2002 com
o objetivo de promover ações integradas e cooperadas que viabilizem o
desenvolvimento nacional de tecnologias de sistemas de célula a combustível, para
habilitar o País a se tornar um produtor internacionalmente competitivo.
•
2002- Apoio do CT-Energe CT-Petro a diversos projetos (cerca de 30), envolvendo
células a combustível e produção de hidrogênio.
•
2002 - Criação do IPHE com participação brasileira em 2002 –
•
2003 – Meta de grande parte das montadoras é a produção em série de carros
utilizando fuel cell.
•
2008 – Crise econômica internacional levou os países a buscarem novas fontes de
energia sustentáveis
O levantamento do depósito de patentes no Instituto Nacional da Propriedade
Industrial (INPI), utilizando-se os termos definidos na estratégia de busca foi realizado
sem restrição de tempo e recuperou um total de 519 documentos, sendo 158 documentos
relacionados a produção, 39 documentos relacionados a armazenamento e 320
documentos relacionados a célula a combustível. Abaixo pode ser visto o percentual
relativo ao deposito de patente por componente da cadeia produtiva
Gráfico 5: Distribuição percentual
atividades
do depósito de patentes por macro
31%
61%
8%
Produção
Armazenamento
CaC
14
6.1 . Depósito de Patentes sobre Produção de H2 no Brasil
A pesquisa sobre depósitos de patentes relacionados ao H2 foi realizada na base
de dados do INPI sem restrição de tempo, tendo como estratégias de busca os termos
“Produção de hidrogênio”, “armazenamento de hidrogênio” e célula a combustível.
Gráfico 6: Evolução do depósito de patentes sobre produção de H2, por ano
25
20
20
15
7
6
5
3
2
1
4
3
2
1
4
2
3
1
5
4
12 12
10
9
10
5
14
13
6
4
3
1
2
2006
2007
2004
2005
2002
2003
2000
2001
1998
1999
1996
1997
1994
1995
1992
1993
1990
1991
1988
1989
1986
1987
1984
1985
1982
1983
1980
1981
0
Fonte: INPI - www.inpi.gov.br/
Foram recuperados 154 documentos entre os anos de 1980 a 2007. Os anos de 2006 e
2007 apresentam um numero ínfimo
de documentos recuperados, que pode ser em
função da pesquisa ter sido realizada em 2007 e, ou documento de patente estar ainda
em período de sigilo.
O gráfico abaixo apresenta o percentual de pedidos de proteção feitos ao Brasil, por
outros países.
Gráfico 7: Percentual de patentes sobre produção depositadas no Brasil, por país
15
Dentre os países que solicitaram ao Brasil2 proteção para suas tecnologias, os EUA são
os que mais detêm pedidos para seus processos, sistemas e/ou tecnologias, perdendo
apenas para os pedidos de empresas e/ou pesquisadores brasileiros.
6.2. Depósitos de Patentes sobre Armazenamento de H2 no Brasil
Sobre o assunto armazenamento, foram recuperados 28 documentos na base de dados
do INPI, de 1982 a 2006, conforme mostra o gráfico abaixo.
Gráfico 8: Evolução dos depósitos de patentes sobre armazenamento
7
6
6
5
5
4
4
3
3
3
3
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
20
06
20
05
20
04
20
03
20
02
20
01
20
00
19
99
19
96
19
93
19
89
19
87
19
85
19
84
19
83
19
82
0
Gráfico 9: Percentual de patentes sobre armazenamento depositadas no Brasil,
por país
Outros
10,5%
Brasil
18,4%
Alemanha
7,9%
Estados
Unidos
63,2%
Fonte: www.inpi.gov.br/
2
. Modalidade de depósito em outros países que segue as normas estabelecidas pelo Tratado de Cooperação em Matéria
de Patentes (PCT), acordo internacional do qual o Brasil é signatário. Por esse tratado, o titular da patente dentro do
período de um ano realiza o depósito do seu pedido (depósito internacional) na OMPI, indicando aqueles países (países
designados) onde deseja efetuar o depósito da sua patente. Aos 20 meses, contados do depósito no país de origem, o
pedido deverá ser depositado naqueles países designados, entrando na fase nacional de cada país
16
Os EUA detêm o maior número de pedidos de proteção patentária sobre armazenamento,
em torno de 63%, seguido do Brasil com 18%, e da Alemanha, próximo dos 8%.
6.3. Depósito de Patentes sobre Célula a Combustível - CaC
Em relação a célula a combustível, foram recuperados no período de 1977 a 2007,
320 documentos de patentes depositados, ao longo de 30 anos, conforme mostra o
gráfico abaixo.
Gráfico 10: Evolução do depósito de patentes sobre célula a combustível, por ano.
70
60
60
49
50
40
33
30
24
20
10
15
2 2 1 2 3
8 6
7
1
1 1 1 1
25
19 20
14
9
6 4 6
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1987
1991
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
0
No gráfico 11 dão apresentados os percentuais relativos ao pedidos de proteção feitos ao
Brasil, por outros países.
Gráfico 11: Percentual de patentes depositadas no Brasil sobre célula a combustível, por
país
Japão
4,2%
Itália
3,8%
França
3,8%
Brasil
5,8%
Grã-Bretanha
6,1%
Estados
Unidos
57,7%
Alemanha
9,0%
Outros
9,6%
17
Sobre as redes de empresas associadas para pesquisa e desenvolvimento de processos
e tecnologias para uso do H2, foram identificadas poucas ligações, apresentadas a seguir.
18
Figura 4: Rede das principais empresas associadas detentores de patentes sobre célula a combustível
19
7. ESTADO DA ARTE INTERNACIONAL DA PESQUISA SOBRE H2
O mesmo levantamento feito em nível nacional foi realizado em nível internacional
utilizando-se as mesmas estratégias de busca parâmetros de pesquisa a fim de que os
resultados pudessem ser comparados.
7.1. Resultado da Análise da Pesquisa por Processo de Produção
O levantamento dos artigos publicados mundialmente foi realizado dentro do
período de 20 anos, utilizando a base Scopus. Foram recuperados aproximadamente
16.000 documentos. O gráfico abaixo apresenta a evolução da pesquisa sobre produção,
armazenamento e célula a combustível no mundo, de 1989 a 2008.
Gráfico 12: Evolução de publicação de artigos por componentes da cadeia produtiva
900
800
700
600
Produção de H2
500
Armazenamento de H2
400
Células a Combustivel
300
200
100
20 06
20 07
20 08
20 04
20 05
20 02
20 03
20 00
20 01
19 98
19 99
19 95
19 96
19 97
19 93
19 94
19 91
19 92
19 89
19 90
0
Fonte: Scopus - http://www.scopus.com/home.url (via Portal Capes)
No gráfico 13, pode-se comparar a evolução comparativa da pesquisa a partir da matériaprima utilizada para obtenção de H2.
Gráfico 13: Evolução de pesquisa para obtenção de H2, por matéria prima
60
50
Biomassa
40
Carvão
Gás Natural
30
Nuclear
Solar
20
Eólica
10
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
7.1. Por Processos de Produção
O levantamento dos artigos publicados mundialmente sobre a produção de H2 utilizando
as estratégias de busca anteriormente citadas foi realizado dentro de um período de 20
anos na base Scopus e recuperou aproximadamente 4.000 artigos. O gráfico abaixo
mostra a evolução da pesquisa ao longo de quase 20 anos,
O gráfico 15 evidencia a soberania dos EUA e da China, 16% cada uma, seguida do
Japão com 14%, na produtividade científica sobre este assunto no período de
aproximadamente 20 anos.
21
Gráfico 14: Percentual de pesquisa sobre produção de H2 por país.
EUA
16%
Outros
19%
Brasil
2%
Turquia
2%
China
16%
Taiw an
3%
Alem anha
3%
Índia
4%
França
4%
Itália
4%
Coréia do Sul
5%
Japão
14%
Espanha
4%
Canada
4%
Gráfico 15: Evolução da pesquisa por processo de produção.
140
Biológica
120
Eletrólise
Fermentação
100
Fotocatálise
80
Fotosíntese
60
Gaseificação
Pirólise
40
Reforma à Vapor
Reforma de Etanol
20
Reforma Oxidativa
20 07
20 08
20 05
20 06
20 03
20 04
20 01
20 02
19 98
19 99
20 00
19 95
19 96
19 97
19 93
19 94
19 91
19 92
19 89
19 90
0
22
Desmembrando os resultados do levantamento por tipo de processo, os resultados
obtidos foram os seguintes:
a) Reforma Oxidativa
A reforma oxidativa é fruto da combinação da reação de reforma a vapor e da
oxidação parcial do etano e tem por finalidade a maior produção de hidrogênio e redução
na produção de monóxido de carbono e na deposição de carbono. O gráfico 17 nos
mostra a distribuição percentual da pesquisa para obtenção de H2 através da reforma
oxidativa.
Gráfico 16: Percentual por país da pesquisa da produção de H2 através da reforma
oxidativa.
Coréia do Sul
6%
Arábia
Saudita
6%
Índia
6%
Espanha
35%
Chile
6%
Japão
12%
EUA
29%
b) Reforma a Vapor
A reforma a vapor utiliza energia térmica – calor - para separar os átomos de
hidrogênio do átomo de carbono no metano (CH4), e envolve a reação do gás natural com
vapor d’água a alta temperatura em superfícies catalíticas – platina ou níquel. O processo
extrai os átomos de hidrogênio, deixando o dióxido de carbono como subproduto. Metade
da produção de hidrogênio no mundo provém do gás natural, e a maior parte da produção
em escala industrial é pelo processo de reforma a vapor. No gráfico abaixo pode ser visto
a distribuição percentual da pesquisa utilizando a reforma a vapor como processo para
obtenção do H2.
23
Gráfico 17: Percentual da pesquisa sobre produção de H2 através da Reforma a
Vapor, por país
c) Eletrólise
A produção de hidrogênio através da eletrólise é relativamente simples. É realizada
utilizando-se a energia elétrica para quebrar a molécula de água (H2O) em seus
constituintes, o hidrogênio e o oxigênio. O gráfico a seguir mostra a distribuição
percentual da pesquisa sobre obtenção de H2 via eletrólise.
Gráfico 18: Percentual da pesquisa sobre produção de H2, através da eletrólise,
por país
24
d) Processo Biológico
Processos biológicos e fotobiológicos utilizam algas e bactérias para produzir
hidrogênio. Sob condições específicas, os pigmentos em certos tipos de algas absorvem
energia solar. As enzimas na célula de energia agem como catalisadores para decompor
as moléculas de água. Algumas bactérias também são capazes de produzir hidrogênio,
mas diferentemente das algas necessitam de substratos para seu crescimento. Os
organismos não apenas produzem hidrogênio, mas também podem limpar poluição
ambiental. No gráfico abaixo pode ser vista a distribuição mundial da pesquisa sobre
produção de H2 pelo processo biológico.
Gráfico 19: Percentual de países dos autores que publicaram artigos sobre
produção de H2 através de processos biológicos
e) Gaseificação
Processo onde o H2 é obtido através da gaseificação da biomassa e do lixo
urbano. O gráfico 20 apresenta a distribuição da pesquisa sobre produção de H2 via
gaseificação.
25
Gráfico 20: Percentual de países dos autores que publicaram artigos sobre produção
de H2 através da gaseificação
f) Pirólise
Processo de decomposição ou de alteração da composição de um composto ou
mistura pela ação de calor. Na reforma pirolítica a plasma, a energia necessária para que
as reações ocorram, é fornecida aos reagentes na sua passagem pelo interior do reator,
mais precisamente em uma região denominada arco-plasmático, caracterizada pela
presença de descargas elétricas e pela sua alta densidade energética. A distribuição
percentual da pesquisa sobre a produção do H2 obtido pelo processo de pirólise é
apresentada no gráfico 21.
26
Gráfico 21: Percentual de países dos autores que publicaram artigos sobre
produção de H2 através da pirólise
7.1.2 Por Instituição e País
Na pesquisa realizada por instituição, alguns países se destacaram pela
quantidade de Instituições de pesquisas envolvidas com pesquisa sobre produção. São
elas:
USA
Argonne National Laboratory
Auburn University
BP Research Center
Florida Solar Energy Center
Idaho National Laboratory
Illinois Institute of Technology
Iowa State University
National Renewable Energy Laboratory
Ohio University
University of Central Florida
University of Notre Dame
China
Beijing University of Chemical Technology
Chinese Academy of Sciences
East China University of Science and Technology
Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences
Tianjin University
Tsinghua University
University of Science and Technology of China
Xi'an Jiaotong University
Espanha
Escuela Superior de Ingenieros
Instituto de Carboquímica CSIC
Instituto de Catalisis y Petroleoquimica
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial
Parque Tecnologico de Boecillo Universidad de Sevilla
University of Barcelona
27
University of Extremadura
University of Zaragoza
Japão
AIST
Center for Coal Utilization
Japan Atomic Energy Agency
National Institute for Resources and Environment
Tohoku Institute of Technology
Waseda University
França
CEA
Claude Bernard Lyon 1 University
Gaz de France
PROMES-CNRS
Coréia do Sul
Chonnam National University
Institute for Advanced Engineering
Seoul National University
United
Kingdom
Imperial College
University of Leeds
University of Oxford
University of Victoria
Canada
University of Quebec a Trois-Rivieres
University of Saskatchewan
University of Ontario Institute of Technology
Grecia
Aristotle University of Thessaloniki
University of Patras
India
Banaras Hindu University
Indian Institute of Technology
Russia
Chile
Turquia
Itália
Hong kong
Brasil
Yugoslavia
Suíça
Alemanha
Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
Universidad de Chile
University Mah
University of Calabria
University of Hong Kong
Universidade de São Paulo
Vinca Institute of Nuclear Sciences
ETH-Swiss Federal Institute of Technology
German Aerospace Center Institute of Technical Thermodynamics
As seguintes ligações em rede foram identificadas na pesquisa sobre produção de H2 por
processo de produção. São elas:
28
a) Pesquisa sobre Reforma Oxidativa
Figura 3: Rede de instituições associadas que publicaram artigos sobre produção de H2 através da reforma oxidativa.
29
b) Pesquisa sobre Pirólise
Figura 4: Rede de instituições associadas que publicaram artigos sobre produção de H2 através da pirólise
30
7.2. Resultado da Análise da Pesquisa sobre Armazenamento de H2
O levantamento dos artigos publicados mundialmente foi realizado dentro de um
período de 20 anos na base Scopus e recuperou um total de aproximadamente 8.300
documentos sobre armazenamento de H2 por tipo de material, selecionados a partir de
trabalhos apresentados pelos participantes da Rede H2. Os materiais pesquisados foram:
ligas metálicas em geral, hidretos metálicos, nanotubo de carbono, membrana, e a
evolução comparativa por tipo de material pode ser visto no gráfico 22.
Gráfico 22: Evolução da pesquisa sobre armazenamento de acordo com o material
empregado.
300
250
200
Ligas Metálicas
Hidretos Metálicos
150
Nanotubos de carbono
Membrana Polimérica
100
50
20 07
20 08
20 06
20 04
20 05
20 03
20 01
20 02
20 00
19 98
19 99
19 97
19 95
19 96
19 94
19 92
19 93
19 91
19 89
19 90
0
31
7.2.1. Distribuição por País dos Artigos sobre Armazenamento de H2
O gráfico abaixo apresenta a distribuição percentual da pesquisa por país, onde a
China e os EUA aparecem com lideres neste tema de pesquisa.
Gráfico 23: Percentual geral da pesquisa sobre armazenamento de H2, por país
Austrália
2%
Canada
4%
Reino Unido
4%
Coréia do Sul
4%
Índia
4%
França
5%
Rússia
2%
Itália
3%
Holanda
2%
Suíça
2%
China
31%
Alemanha
7%
Japão
14%
EUA
16%
Os gráficos 25, 26 27 e 28, apresentam resultados sobre o percentual da pesquisa por
tipo de material e por país. Alguns países como a China e o Japão destacam-se na
pesquisa sobre materiais para armazenamento de H2
32
Gráfico 24: Percentual da pesquisa sobre ligas metálicas, por país
Polônia
1%
Austrália
Alemanha 2%
Taiwan
1%
3%
Rússia
1%
Suécia
1%
Noruega
1%
França
Coréia do Sul 3%
4%
Canada
4%
Índia
5%
China
51%
EUA
6%
Japão
17%
Gráfico 25: Percentual da pesquisa sobre hidretos metálicos, por país
Holanda
Noruega 3%
França
3%
3%
Suíça
3%
Canada
4%
Itália
3%
Reino Unido
2%
Brasil
2%
China
28%
Alemanha
4%
Coréia do Sul
5%
Índia
6%
EUA
14%
Japão
20%
33
Gráfico 26: Percentual de pesquisa sobre membrana polimérica, por país
Itália
2%
Polônia
3%
Rússia
4%
Taiwan
4%
Canada
2%
Suíça
2%
EUA
25%
França
5%
Índia
5%
Coréia do Sul
5%
Alemanha
6%
Japão
16%
Reino Unido
7%
China
14%
Gráfico 27: Percentual da pesquisa sobre nanotubo de carbono, por país
Grécia
2%
França
Canada 3%
3%
Austrália
4%
Japão
4%
Coréia do Sul
5%
Reino Unido
5%
Taiwan
5%
Índia
7%
Alemanha
2%
Polônia
2%
Itália
2%
China
38%
EUA
18%
34
7.2.2. Rank da Produtividade Cientifica sobre Armazenamento, por Instituição de
Pesquisa
A produtividade científica, representativa, por instituição de pesquisa, é
apresentada nos gráficos 29 e 30 e quadro 6, por tipo de material de armazenamento.
Gráfico 28: Produtividade cientifica sobre ligas metálicas, por Instituição de pesquisa
Zhejiang University, China
26%
Chinese Academy of Sciences, China
13%
Nankai University, China
8%
Central Iron and Steel Research Institute, China
7%
Tohoku University, Japan
6%
General Research Institute for Non-Ferrous Metals, China
6%
Osaka Prefecture University, Japan
6%
University of Science and Technology Beijing
4%
Inner Mongolia University of Science and Technology, China
4%
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan
4%
Xi'an Jiaotong University, China
3%
Indian Institute of Technology, India
3%
Sichuan University, China
3%
Osaka National Research Institute, Japan
3%
South China University of Technology, China
3%
Korea Advanced Institute of Science and Technology, South Korea
3%
35
Gráfico 29: Produtividade cientifica sobre hidretos metálicos, por país.
28%
Osaka Prefecture University, Japan
9%
Korea Advanced Institute of Science and Technology, South Korea
7%
6%
University of Geneva, Sw itzerland
6%
Tohoku University, Japan
5%
5%
Nagoya University, Japan
5%
Hiroshima University, Japan
4%
Institute for Energy Technology, Norw ay
4%
4%
4%
General Research Institute for Non-ferrous Metals, China
4%
GKSS Research Centre Geesthacht GmbH, Germany
3%
Stockholm University, Sw eden
3%
Central Iron and Steel Research Institute, China
3%
O rank da Produtividade cientifica sobre membrana polimérica, por Instituição de pesquisa
é o seguinte:
Empresas
Russian Academy of Sciences, Russian Federation
University of Texas, USA
CNRS, France
CSIC, Spain
University of Liverpool, United Kingdom
Tokai University, Japan
Helsinki University of Technology, Finland
Research Institute of Innovative Technology for the Earth, Japan
Argonne National Laboratory, USA
Moscow State University, Russian Federation
Patentes
7
5
4
3
36
Gráfico 30: Produtividade científica da pesquisa sobre nanotubo de carbono, por
Instituições de pesquisa
18%
12%
10%
9%
Tsinghua University, China
6%
University of Queensland, Australia
5%
University of Michigan, USA
5%
Shanghai Jiaotong University, China
5%
Beijing University of Chemical Technology, China
5%
Anhui University, China
5%
Xiamen University, China
4%
Université du Québec à Trois-Rivières, Canada
4%
National Yunlin University of Science and Technology, Taiw an
4%
Guangdong University of Technology, China
4%
Pennsylvania State University, USA
3%
Middle East Technical University, Turkey
3%
37
As seguintes redes de pesquisa foram identificadas nas pesquisas sobre armazenamento de H2, como mostra a figura abaixo.
Figura 5: Rede de instituições de pesquisas sobre armazenamento de H2
38
As seguintes redes de pesquisas foram identificadas na pesquisa sobre armazenamento por tipo de material:
Figura 6: Rede de pesquisa sobre armazenamento de H2 utilizando ligas metálicas
39
7.3. Análise da Publicação Internacional de Artigos sobre Célula a Combustível
O levantamento dos artigos internacionais publicados utilizando as estratégias de
busca anteriormente citadas foi realizado dentro de um período de 20 anos na base
Scopus e recuperou um total de 3.617 artigos. Os gráficos a seguir mostram os resultados
da pesquisa para célula a combustível.
Gráfico 31: Evolução comparativa da pesquisa por tipo de célula a combustível
250
200
DBFC
AFC
DMFC
PEMFC
SOFC
150
RFC
MCFC
PAFC
100
50
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
0
40
Gráfico 32: Percentual da pesquisa sobre célula a combustível, por país
Índia
3%
Reino Unido
5%
Taiwan
2%
Espanha
2%
Brasil
2%
França
4%
EUA
25%
Itália
5%
Suécia
5%
Coréia do Sul
5%
Canada
6%
China
14%
Alemanha
9%
Japão
13%
Gráfico 33: Distribuição da pesquisa sobre célula a combustível, por instituição de pesquisa
16%
ABB Corporate Research, Sw eden
12%
CNRS, France
7%
5%
Tsinghua University, China
4%
Imperial College London, United Kingdom
4%
Argonne National Laboratory, USA
4%
Royal Institute of Technology, Sw eden
4%
University of California, USA
3%
Russian Academy of Sciences, Russian Federation
3%
Harbin Institute of Technology, China
3%
3%
Tokyo Institute of Technology, Japan
3%
Kyoto University, Japan
3%
Los Alamos National Laboratory, USA
3%
Royal Military College, Canada
3%
41
Na
pesquisa sobre CaC foram identificadas várias redes interligadas formando uma
grande conglomerado, conforme pode ser visto na figura abaixo.
42
Figura 7: Rede de instituições associadas que publicaram artigos sobre célula a combustível
43
8. LEVANTAMENTO MUNDIAL DO DEPÓSITO DE PATENTES SOBRE H2
O levantamento do depósito de patentes na base Espacenet, utilizou os termos
definidos nas estratégias de busca para produção, armazenamento e célula a
combustível, mencionados no início do relatório, tendo como parâmetro o período
compreendido entre 1989 a 2009. Foram recuperados aproximadamente 19.400
documentos. Os resultados são mostrados a seguir:
Gráfico 34: Evolução comparativa do
armazenamento e Célula a combustível.
depósito
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
de
patentes
sobre
produção,
Produção
Armazenamento
20 07
20 05
20 03
20 01
19 99
19 97
19 95
19 93
19 91
19 89
Célula a Combustível
Fonte: Espacenet- http://ep.espacenet.com/
44
8.1. Resultados da Análise do Depósito Internacional de Patentes sobre Produção
de H2, por tipo de processo
. No gráfico abaixo se verifica o volume de patentes foi depositado sobre cada um
dos processos de obtenção de H2 e a reforma detém mais de 50% de patentes
depositadas sugerindo uma maturidade tecnológica do processo.
Gráfico 35: Representatividade em patentes por processo de produção
Fonte: Espacenet via Portal da Capes e Mathew Patent
45
A obtenção do hidrogênio a partir do gás natural destaca esta matéria prima e o processo
de reforma como uma das formas de produção e processo que mais geram patentes
mundialmente, com pode ser visto nos gráficos 36 e 37.
Gráfico 36: Evolução do depósito de patentes por matéria prima para obtenção de H2
80
70
Carvão
60
Gás Natural
50
Nuclear
40
Eólica
30
Solar
Etanol
20
Biomassa
10
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
Gráfico 37: Evolução do depósito de patentes por processo de produção de H2
60
50
40
Biológica
Reforma
30
Gaseificação
Eletrólise
20
10
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
46
O Japão é o país que mais possui patentes sobre produção de H2. Nesta informação
deve-se levar em conta que o Japão tem o hábito de transformar em patente qualquer
tecnologia seja ela radical ou incremental.
Gráfico 38: Percentual dos depositantes de patentes sobre produção de H2, por país.
Alemanha
3,4%
França
1,1%
Estados Unidos
20,5%
China
16,9%
Brasil
0,1%
União Soviética
1,2%
Grã-Bretanha
0,8%
Rússia
2,2%
Outros
4,3%
Coreia do Sul
2,8%
Japão
46,7%
Nos gráficos a seguir são apresentados os resultados relativos ao patenteamento por
processo de obtenção .
Gráfico 39: Percentual de depositantes de patentes sobre produção de H2 através do
processo de Reforma, por país.
Alemanha
2,2%
Brasil Outros
0,4% 5,8%
Coreia do Sul
2,2%
China
11,5%
Japão
65,5%
Estados Unidos
12,6%
47
Gráfico 40: Percentual de depositantes de patentes sobre produção pelo processo de
Eletrólise, por país
Rússia Alemanha
3,6%
4,4% Outros
6,6%
Japão
38,7%
China
21,9%
Estados
Unidos
24,8%
Gráfico 41: Percentual de depositantes de patentes sobre produção de H2 pelo Processo
Biológico, por país
Bulgária
5,0%
Estados
Unidos
5,0% Coreia do Sul
5,0%
Alemanha
5,0%
China
70,0%
Japão
10,0%
48
Gráfico 42: Percentual de depositantes de patentes pelo processo de Gaseificação, por
país
Japão
35,5%
Coreia do
Sul Rússia
3,2% 6,5%
China
25,8%
Estados
Unidos
29,0%
49
Gráfico 43: Rank geral das principais empresas depositantes de patentes sobre produção
de H2
40
MITSUBISHI HEAVY IND LTD
36
NIPPON OIL CORP
MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD
30
27
TOKYO GAS CO LTD
TOSHIBA CORP
22
BABCOCK HITACHI KK
20
19
HITACHI LTD
18
HONDA MOTOR CO LTD
TOYOTA MOTOR CORP
18
DALIAN CHEMICAL PHYSICS INST
17
15
IDEMITSU KOSAN CO
13
JAPAN ATOMIC ENERGY RES INST
13
EBARA CORP
JFE ENG CORP
12
MITSUBISHI KAKOKI KK
11
NAT INST OF ADV IND and TECHNOL
11
11
TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO
10
SANYO ELECTRIC CO
9
RES INST INNOVATIVE TECH EARTH
NISSAN MOTOR
8
SHARP KK
8
YAMAMOTO YOSHIHIRO
8
0
5
10
15
20
25
30
35
40
50
Gráfico 44: Rank das principais empresas depositantes de patentes sobre processo de
Reforma
21
NIPPON OIL CORP
20
MATSUSHITA ELECTRIC CO LTD
19
TOKYO GAS CO LTD
17
TOYOTA MOTOR CORP
13
DALIAN CHEMICAL PHYSICS INST
9
BABCOCK HITACHI KK
9
8
IDEMITSU KOSAN CO
7
TOSHIBA CORP
6
SUMITOMO SEIKA CHEMICALS
6
SANYO ELECTRIC CO
6
UKAI KUNIHIRO
5
MITSUBISHI KAKOKI KK
5
HONDA MOTOR CO LTD
5
TAGUCHI KIYOSHI
4
NGK INSULATORS LTD
4
FUJIHARA SEIJI
4
ANZAI IWAO
4
ZTEK CORP
3
WAKITA HIDENOBU
3
SONE TADAHIDE
3
0
3
6
9
12
15
18
21
Principais empresas depositantes de patentes utilizando a eletrólise como processo de
produção:
Empresas
Honda Motor Co Ltd
Patentes por empresa
9
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
7
Ebara Corp; Nippon Telegraph and Telephone; Univ
5
Tsinghua
Nst of China Shipbu; Ashida Katsuji; Babcock Hitachi Kk;
2
Gs Yuasa Corp; Hakukin Warmers Co Ltd; Ishikawajima
Harima Heavy Ind; Matsumura Chi; Nat Inst of Adv Ind And
Technol; New Sky Energy Inc; Okuyama Ryoichi; Shimin
Chen; Stuart Energy Sys Corp; Toshiba Corp; Univ Fudan;
Univ Shanghai Communication; Yamamoto Yoshihiro;
Yokota Hiroshi
51
Principais empresas depositantes de patentes sobre produção de H2
Processos Biológicos:
Empresas
através de
Nº de patentes
por empresa
Harbin Inst of Technology;
2
Univ Harbin Eng
Chinese Acad Inst Chemistry; Ebara Corp; Fartsov Kiril G;
1
Guangzhou Inst Energy Conv Cas; Harbin Architecture Engineerin;
Herhof Umwelttechnik Gmbh; Ivanova Galina V; Kodzhabashev Ivan
N; Korea Energy Research Inst; Krasteva Milka A; Res Inst
Innovative Tech Earth; Shanghai University Of Electri; Sharp Kk;
Univ China Science and Tech; Univ Chongqing; Univ Harbin
Polytechnic; Univ South China Tech; Univ Zhejiang; Ustc Univ
Science Tech Cn
Quadro 9: Principais empresas depositantes de patentes sobre produção de H2 através da
Gaseificação
Empresas e/ou inventores
Nº de patentes/
empresa
Ebara Corp
3
Kinoshita Kazuo; Mitsubishi Heavy Ind Ltd; Miyoshi Norihisa; Naruse
2
Katsutoshi; Nat Inst of Adv Ind and Technol; Oshita Takahiro;Su
Qingquan
Bauer Hans F; Cha Chang Y; China Petroleum and Chemical;
1
Chugoku Electric Power; Dalian Chemical Physics Inst; Drnevich
Raymond Francis; Fluor Tech Corp; Gas Technology Inst; Grimes
Robert W; Gutkowski Gary P; Hitachi Ltd; Howard Frank S; Inst Eng
Thermophysics Cas; Inst Pererabotki Uglevodorodov; Ishikawajima
Harima Heavy Ind; Jamal Aqil; King Julian V; Korea Energy
Research Inst; Mak John; Manfredi Lawrence; Minderman Peter A;
Niagara Mohawk Power Corp; Nielsen Richard; Ooo Plazmokhim Fa;
Praxair Technology Inc; Sekitan Energy Ct; Sumitomo Seika
Chemicals; Univ California; Univ Dalian Tech; Univ East China
Science and Tech; Univ Gifu; Univ Shanghai; Univ Xi An Jiaotong;
Univ Zhejiang; Westinghouse Electric Corp
52
As figuras a seguir apresentam a conformação de redes de empresas depositantes de
patentes sobre produção de H2, em geral e por tipo de processo.
53
Figura 8: Rede das empresas depositantes de patentes sobre produção de H2
54
Figura 9: Rede das empresas depositantes de patentes sobre produção de H2 através da Reforma
55
Figura 10: Rede das empresas depositantes de patentes sobre produção de H2 através da Eletrólise
Fonte: Espacenet- http://ep.espacenet.com/ ............................................................................................
56
8.2.
Resultado
da
Análise
do
Depósito
Internacional
de
Patentes
sobre
Armazenamento
A pesquisa de patentes internacionais sobre armazenamento foi subdividida por
tipo de material, que possibilitou a recuperação do seguinte volume de documentos:
•
3.565 documentos sobre ligas metálicas,
•
405 documentos sobre hidretos metálicos,
•
297 sobre nanotubos de carbono,
•
135 sobre membranas poliméricas, e
•
42 sobre metais orgânicos, distribuídos nos gráficos mostrados abaixo.
No gráfico abaixo é apresentada de forma comparativa a evolução do depósito de patente
sobre armazenamento por tipo de material, no período de 1989 a 2008.
Gráfico 45: Evolução de depósito de patentes sobre armazenamento de H2, por ano
500
450
400
350
Ligas Metálicas
300
Hidretos Metálicos
250
Nanotubos de carbono
200
Metal orgânico
150
Membrana Polimérica
100
50
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
Os resultados percentuais para depositantes de patentes sobre armazenamento por tipo
de material e origem do depositante, são mostrados na pagina seguinte:
.
57
Gráfico 46: Percentual de depositantes de patentes por tipo de material de
armazenamento, por país
Japão
74,65%
China
7,97%
Estados
Unidos
7,25%
Coreia do Sul
5,54%
Outros
1,79% Alemanha
1,41%
Brasil
0,02%
Taiwan
0,64%
Rússia
0,74%
Gráfico 47: Percentual de depositantes de patentes sobre armazenamento através de
ligas metálicas, por país
Coreia do Sul
6,10%
Estados
Unidos
China
2,44%
6,46%
Outros
0,93%
Alemanha
0,76%
Taiwan
0,37%
Brasil
0,03%
Japão
82,92%
58
hidretos metálicos, por país
Grã-Bretanha
1,2%
Coreia do Sul
3,7%
Alemanha
Outros
6,5%
5,0%
China
7,7%
Japão
55,6%
Estados
Unidos
20,3%
Membrana polimérica, por país
Alemanha
3,0%
China
Outros2,2%
1,5%
Coreia do Sul
7,4%
Estados
Unidos
8,1%
Japão
77,8%
59
nanotubo de carbono, por país.
Alemanha
1,8%
Rússia
1,8%
Japão
39,6%
França
2,5%
Outros
2,9%
Coreia do Sul
10,0%
China
20,4%
Estados
Unidos
21,1%
metal orgânico, por país
Alemanha
7,1%
Rússia
2,4%
Estados
Unidos
7,1%
Coreia do Sul
9,5%
Japão
59,5%
China
14,3%
O gráfico 52 apresenta um rank das empresas que mais depositaram patentes sobre
armazenamento. Foi realizado um corte na freqüência 50, ou seja, todas as empresas
com menos de 50 depósitos de patentes não foram consideradas neste levantamento
geral. Nos demais gráficos apresentados na sequência, os gráficos por tipo de material,
não foi feito corte por freqüência.
60
Gráfico 52: Rank das principais empresas depositantes de patentes sobre armazenamento
590
SANYO ELECTRIC CO
383
MATSUSHITA ELECTRIC LTD
184
TOSHIBA BATTERY
165
TOYOTA MOTOR CORP
134
HONDA MOTOR CO LTD
129
LG ELECTRONICS INC
126
118
FURUKAWA BATTERY CO LTD
YUASA BATTERY CO LTD
101
SHINETSU CHEMICAL CO
101
101
JAPAN STEEL WORKS LTD
97
HITACHI MAXELL
68
TOYOTA CENTRAL RES and DEV
TOYODA AUTOMATIC LOOM WORKS
64
MITSUI MINING and SMELTING CO
63
AGENCY IND SCIENCE TECHN
63
MITSUBISHI MATERIALS CORP
61
58
MAZDA MOTOR
53
JAPAN METALS and CHEM CO LTD
53
0
100
200
300
400
500
600
Gráfico 53: Rank das principais empresas
armazenamento através de ligas metálicas
depositantes
de
patentes
sobre
558
SANYO ELECTRIC CO
325
176
TOSHIBA BATTERY
124
LG ELECTRONICS INC
TOYOTA MOTOR CORP
114
114
114
SHINETSU CHEMICAL CO
100
93
JAPAN STEEL WORKS LTD
HITACHI MAXELL
93
90
HONDA MOTOR CO LTD
69
MITSUI MINING and SMELTING CO
63
MITSUBISHI MATERIALS CORP
60
60
56
JAPAN METALS and CHEM CO LTD
49
DAIDO STEEL CO LTD
44
MAZDA MOTOR
42
SUMITOMO METAL IND
40
38
0
100
200
300
400
500
600
61
Gráfico 54: Rank das principais empresas depositantes
armazenamento de H2 através de hidretos metálicos
de
patentes
sobre
66
SANYO ELECTRIC CO
30
JAPAN STORAGE BATTERY CO LTD
16
HITACHI MAXELL
15
ENERGY CONVERSION DEVICES INC
15
11
10
KOREA INST SCIENCE TECHNOLOGY
VARTA BATTERIE
8
TAIHEIYO CEMENT CORP
8
8
HONDA MOTOR CO LTD
7
HITACHI CHEMICAL CO LTD
7
WESTINGHOUSE SAVANNAH RIVER CO
6
UNIV HIROSHIMA
6
6
6
5
UNIV ZHEJIANG
0
10
20
30
40
50
60
70
62
Gráfico 55: Rank das principais empresas depositantes
armazenamento de H2 através de membrana polimérica
de
patentes
sobre
13
TOSHIBA BATTERY
12
SANYO ELECTRIC CO
12
7
HITACHI MAXELL
7
6
JAPAN STORAGE BATTERY CO LTD
5
FURUKAWA ELECTRIC CO LTD
4
3
TOKYO GAS CO LTD
3
SONY CORP
3
3
2
TOYOTA MOTOR CORP
2
SEOUL NAT UNIV IND FOUNDATION
2
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
2
KOREA RES INST CHEM TECH
2
HONDA MOTOR CO LTD
2
HITACHI SHIPBUILDING ENG CO
2
AIR PROD and CHEM
2
ZSW
1
ZETTISCH GEORG
1
WESTINGHOUSE SAVANNAH RIVER CO
1
0
2
4
6
8
10
12
14
A figura abaixo mostra a ligação em rede das empresas depositantes de patentes sobre
armazenamento de H2 em geral e por tipo de material.
63
Figura 11: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2
64
Figura 11.1: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2
65
66
67
Figura 12: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2 através de Ligas metálicas
68
Figura 13: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2 através de Hidretos metálicos
69
Figura 14: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2 através de membrana polimérica
70
Figura 15: Rede das empresas depositantes de patentes sobre armazenamento de H2 através de nano tubo de carbono
71
8.3. Resultado da Análise do Depósito Internacional de Patentes sobre CaC
A pesquisa de patentes sobre CaC recuperou um total de 8.345 documentos,
distribuídos conforme mostram os gráficos elaborados abaixo:
Gráfico 56: Evolução do depósito de patentes sobre célula a combustível
1200
104010421056
961
1000
850
800
712
631
600
453
400
292
200
109 102 135 130 141 121 149
66 102
62
191
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
0
Gráfico 57: Evolução por tipos de célula a combustível
40
35
PEFC
30
SOFC
25
SPFC
DMFC
20
PEMFC
15
RFC
10
DBFC
5
MCFC
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
19 89
0
72
Gráfico 58: Distribuição percentual das patentes sobre célula a combustível, por país
Gráfico 59: Distribuição por empresas de patentes sobre célula a combustível
648
NISSAN MOTOR
589
TOYOTA MOTOR CORP
HONDA MOTOR CO LTD
428
399
171
SANYO ELECTRIC CO
159
154
TOYOTA MOTOR CO LTD
131
FUJI ELECTRIC CO LTD
120
IDEMITSU KOSAN CO
114
SAMSUNG SDI CO LTD
103
DENSO CORP
94
85
MITSUBISHI ELECTRIC CORP
NIPPON OIL CORP
80
LG ELECTRONICS INC
80
ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND
80
HITACHI LTD
78
OSAKA GAS CO LTD
70
HYUNDAI MOTOR CO LTD
69
NIPPON TELEGRAPH and TELEPHONE
66
TOKYO GAS CO LTD
65
SONY CORP
62
0
100
200
300
400
500
600
700
As figuras apresentadas abaixo mostram as conformações em rede das empresas
depositantes de CaC. As redes foram separadas por gráfico visando facilitar a leitura dos
mesmos visualizar as ligações entre as empresas.
73
Figura 16: Rede de empresas associadas que depositaram patentes sobre célula a combustível
74
Figura 16.1: Rede de empresas associadas que depositaram patentes sobre célula a combustível
75
76
77
78
79
9. PANORAMA DAS PRINCIPAIS TECNOLOGIAS PATENTEADAS NO
MUNDO, SOBRE HIDROGÊNIO, VISTOA A PARTIR DA CLASSIFICAÇÃO
INTERNACIONAL DE PATENTES (CIP)
A Classificação Internacional de Patentes (CIP) é uma classificação especial utilizada
internacionalmente para indexação de documentos de patentes de invenção e modelo de
utilidade.
Constitui-se como uma fonte efetiva na busca de documentos de patentes uma vez que a fim
de manter os documentos de patentes indexados hierarquicamente, a CIP como é chamada,
é revisada e atualizada a cada cinco anos.
Segundo a Organização Mundial de Propriedade Intelectual (OMPI), a CIP é uma divisão
hierárquica que divide a técnica em seções, classes, subclasses, grupos principais e
subgrupos. Cada subdivisão tem um símbolo composto de algarismos arábicos e de letras do
alfabeto latino. Os 8 (oito) setores principais são denominados de seções, a saber:
Seção A - Necessidades Humanas (Vol. 1)
Seção B - Operações de Processamento; Transporte (Vol. 2)
Seção C - Química e Metalurgia (Vol. 3)
Seção D - Têxteis e Papel (Vol. 4)
Seção E - Construções Fixas (Vol. 5)
Seção F - Eng. Mecânica / Iluminação / Aquecimento (Vol. 6)
Seção G - Física (Vol. 7)
Seção H - Eletricidade (Vol. 8)
A título de exemplo, a classificação H01M 4/38 trata de uma tecnologia que envolve:
Seção: H – Eletricidade
Classe: H01 – Elementos Elétricos Básicos
Subclasse: H01M – Processos ou meios, por ex., baterias, para a conversão direta
da energia química em energia elétrica
Grupo: H01M8 – Eletrodos
Subgrupo: H01M8/10 – Eletrodo contendo elementos ou ligas
80
Após a realização da pesquisa utilizando como estratégia de busca os termos relacionados
na Introdução do Relatório, foi feita uma nova rodada de busca utilizando-se como estratégia
os códigos da CIP relacionados ao H2 energético.
Os resultados obtidos foram os seguintes:
No gráfico 60, apresenta a evolução das tecnologias sobre armazenamento
mais
patenteadas no período de 1989 a 2008, de acordo com o código da CIP.
Gráfico 60: Evolução das Tecnologias para armazenamento de H2
"HYDROGEN STORAGE"
300
250
H01M4/38
200
H01M4/24
150
H01M10/24
100
H01M10/30
50
08
07
20
06
20
05
20
04
20
03
20
02
20
01
20
00
20
99
20
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
93
19
92
19
91
19
90
19
19
19
89
0
H01M4/38 – Eletrodos de seleção de substâncias especiais como materiais ativos, massas
ativas, líquidos de células ou ligas metálicas.
H01M4/24 – Eletrodos para acumuladores alcalinos.
H01M10/24 – Acumuladores alcalinos.
H01M10/30 – Acumuladores de níquel.
81
No gráfico 61 é apresentada a evolução do patenteamento de tecnologias e/ou processos
sobre produção de H2, por CIP.
Gráfico 61: Evolução das Tecnologias e/ou processos para produção de H2
100
90
80
70
60
50
40
30
H01M8/06
C01B3/38
C01B3/02
H01M8/04
20
10
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
0
H01M8/06 – Combinação de células combustível com meios para a produção de reagentes
ou para o tratamento de resíduos.
C01B3/38 – Produção de hidrogênio ou de misturas gasosas que o contenham por reação de
hidrocarboneto com agentes gaseificantes usando catalisadores.
C01B3/02 – Produção de hidrogênio ou de misturas gasosas que o contenham.
H01M8/04 – Disposições ou processos auxiliares, por ex., para o controle da pressão, para a
circulação de fluidos.
82
O gráfico 62, apresenta a evolução do patenteamento mundial sobre processo de reforma de
acordo com a CIP contida nos documentos de patentes recuperados.
Gráfico 62: Evolução das Tecnologias para produção de H2 através da reforma
35
30
25
C01B3/38
20
H01M8/06
15
C01B3/32
C01B3/48
10
5
08
07
20
06
20
05
20
04
20
03
20
02
20
01
20
00
20
99
20
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
93
19
92
19
19
19
89
0
hidrocarboneto com agentes gaseificantes usando catalisadores.
H01M8/06 – Células a combustível bioquímico, i.e., células em que os micro-organismos
atuam como catalisadores.
compostos orgânicos líquidos ou gasosos com agentes gaseificantes, por ex., água, dióxido
de carbono, ar.
compostos orgânicos líquidos ou gasosos com agentes gaseificantes, seguida por reação de
vapor d'água com monóxido de carbono.
83
O gráfico abaixo apresenta a evolução das tecnologias patenteadas por material de
armazenamento, de acordo com a CIP.
Gráfico 63: Evolução das Tecnologias para armazenamento de H2 usando ligas metálicas
250
200
150
100
H01M4/38
H01M4/24
H01M10/24
C22C19/00
50
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
0
Gráfico 64: Evolução das Tecnologias de armazenamento utilizando hidretos metálicos
40
35
30
25
20
15
H01M4/38
H01M4/24
H01M10/24
H01M10/34
10
5
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
0
84
H01M4/38 – Eletrodos de seleção de substâncias especiais como materiais ativos, massas
ativas, líquidos de células ou ligas metálicas.
H01M10/34 – Acumuladores à prova de gás.
Gráfico 65: Evolução das Tecnologias para armazenamento de H2 usando membranas poliméricas
6
5
4
H01M4/24
H01M4/62
3
H01M10/24
H01M4/26
2
1
20 08
20 07
20 06
20 05
20 04
20 03
20 02
20 01
20 00
19 99
19 98
19 97
19 96
19 95
19 94
19 93
19 92
19 91
19 90
0
H01M4/62 – Seleção de substâncias inativas como ingredientes para massas ativas, por ex.,
ligantes, carga.
H01M4/26 – Processos de fabricação de eletrodos alcalinos.
85
Gráfico 66: Evolução das Tecnologias para armazenamento de H2 usando nanotubos de
carbono
30
25
20
15
10
C01B31/02
C01B3/00
B82B3/00
D01F9/12
5
19
92
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
0
C01B31/02 - Produção de hidrogênio ou de misturas gasosas que o contenham.
C01B3/00 - Hidrogênio; Misturas gasosas contendo hidrogênio; Separação do hidrogênio das
misturas gasosas que o contêm.
B82B3/00 - Fabricação ou tratamento de nanoestruturas.
D01F9/12 - Filamentos de carbono; Aparelhos especialmente adaptados para manufatura
dos mesmos.
10. APLICAÇÕES DE HIDROGÊNIO A CÉLULAS A COMBUSTÍVEL.
Estas informações foram extraídas, em sua maioria, de artigos e documentos produzidos
por programas/projetos governamentais ou entidades do setor estão organizadas em duas
categorias: por aplicação e por tipo.
As principais aplicações de células a combustível estão concentradas em:
transporte (automóveis, ônibus, caminhões, motos, scooters, barcos, veleiros, veículos
industriais, bicicletas, cadeiras de rodas, carrinhos de golf, trens e aviões);
equipamentos eletrônicos portáteis (laptops; mp3 players; celulares; palmtops, câmeras,
etc),
uso militar; geração de energia elétrica e backup de energia; uso doméstico e aplicações
industriais.
86
Em resumo, em relação ao uso, elas se distribuem em quatro segmentos principais:
transporte, co-geração e geração distribuída de energia, uso residencial ou doméstico e
aplicações portáteis.
Por tipo:
AAFC – “Aluminium Air Fuel Cells”: aplicações portáteis; militares; veículos elétricos
híbridos e submarinos.
AFC - “Alkaline Fuel Cell”: utilizada em veículos híbridos e aplicações espaciais e
fornecimento de energia confiável, com baixo volume e peso.
DEFC – “Direct Ethanol Fuel Cell”: aplicações em sistemas portáteis, estacionários e
automotivos.
DFAFC - “Direct Formic Acid Fuel Cells”: geração micro-energética.
DMFC - “Direct Methanol Fuel Cell”: equipamentos portáteis como telefones celulares, jogos
eletrônicos, laptops, MP3 Players, câmeras digitais e geração de energia portátil de até 1 a 2
kW;.sinalizadores de estradas, detectores com alimentação elétrica independente, camping,
etc.
HMFC – “Hydrogen Membrane Fuel Cells”: em veículos alimentados por hidrocarbonetos,
álcool ou dimetil éter, usando reforma on-board; é adequada não só para aplicações em
veículo, mas também para aplicações estacionárias.
MCFC - “Molten Carbonate Fuel Cell”: aplicações estacionárias com potências acima de 1
MW; produção de energia combinada com produção de vapor; aplicação estacionário para
uso utilitário; em usinas elétricas, indústrias e aplicações militares.
MFC- “Microbial Fuel Cells”: podem ser utilizadas em estações de tratamento de águas
residuais para quebrar matéria orgânica; têm sido estudadas para aplicações como
biossensores, tais como sensores para monitoração biológica de oxigênio.
PAFC - “Phosphoric Acid Fuel Cell”: utilizada para aplicações estacionárias, com diversas
unidades instaladas em todo o mundo, desde hospitais, hotéis, centros comerciais, escolas,
aeroportos e até estações de tratamento de esgoto e água; aplicações portáteis para
sistemas de ferrovia; co-geração comercial; aplicações nas quais a produção de energia
elétrica não pode ser interrompida, como hospitais, bancos, empresas de processamento de
dados etc.; cogeração e geração Distribuída de energia.
87
PEMFC - “Proton Exchange Membrane Fuel Cell”: aplicações em automóveis,
equipamentos portáteis como telefones celulares e para geração de energia em residências;
para o lazer; unidade de energia auxiliar e sistemas de backup.
RFC – “Regenerative Fuel Cells”: usadas durante picos de energia, recarregando o sistema,
mantendo o funcionamento de importantes equipamentos; aplicações espaciais; em plantas
de energia solar ou eólica.
SOFC - “Solid Oxide Fuel Cell”: para a geração de energia em residências (potências de 5 a
10 kW) como também em indústrias (potências de 250 a 500 kW). Há também pesquisas
desta tecnologia para aplicações em automóveis; aplicações portáteis para sistemas de
ferrovia; aplicações comerciais de produção de calor.
ZAFC – “Zinc Air Fuel Cells”: aplicações portáteis, de emergência e estacionárias.
88
As tecnologias de células a combustível apresentam características e as principais são
mostradas no quadro 20.
Quadro 12: Principais características das tecnologias de CaC
Tecnologia
Temperatura de
operação
Aplicações
Vantagens
Desvantagens
PEM
(Membrana
de polímero
eletrolítica)
25 a 100 °C
Geração
distribuída
Back-up / UPS
Transporte
Eletrólito sólido
Baixas temperaturas
Rápida instalação
Baixa temperatura
Alta sensibilidade a
impurezas (CO, SOx)
AFC
(Alcalina)
90 a 200 °C
Militar
Espacial
Reação mais rápida,
Projeto Appolo, Shuttle
Custo da remoção de
CO2 do combustível
PAFC
(Ácido
fosfórico)
175 a 220°C
Geração
distribuída
Transporte
Até 85% de eficiência em
cogeração
H2 pode ser impuro
Catalisador de Pt
Grande e pesado
Alto Custo
MCFC
(Carbonato
Fundido)
600 a 1000°C
Geração
Maior eficiência, maior
flexibilidade no uso de
combustíveis,
catalisadores mais baratos
SOFC
(Óxido
sólido)
600 a 1000°C
Geração
Mesmo do MCFC
Baixa corrosão por ser
eletrólito sólido
Alta temperatura
aumenta corrosão e
quebra dos
componentes
Alto custo
Alta temperatura
aumenta quebra dos
componentes
Fonte: ETT, G. Inserção da célula a combustível na matriz energética brasileira, 2007. Disponível em:
http://www.elaborese.com.br/palestras/energias2007/Gerhard%20Ett.ppt
11. PLANTAS INDUSTRIAIS DE H2
Foi realizado um levantamento sobre plantas industriais de obtenção de H2 no Brasil e
no mundo com o objetivo de mostrar mapear os investimentos feitos no setor. O
levantamento teve como fonte de informação a Internet que nos retornou seis plantas com
as seguintes características:
89
Capacidade
Inicio de
Localização de
Matéria
Operação
da Planta
- Prima
Produção
da Planta
(m3/h)
Puertollano,
Espanha
carvão
Custo
da
Planta
Empresas Processos
envolvidas utilizados
Em
Elcogás
construção
Gaseificação
jun.
€ 9,5
2009.
milhões
Fonte:
http://www.universia.es/html_trad/portada/actualidad/noticia_actualidad_trad/params/anyo/20
09/mes/Enero/noticia/jiddj.html
Localização
da Planta
Capacidade
de Produção
(m3/h)*
Matéria
- Prima
Inicio de
Operação
da Planta
Empresas
Processos
envolvidas
utilizados
Custo
da
Planta
Hidrelétrica de
Brasil/
Paraguai
10 m3/h
água
2009
Itaipu
Binacional/
Eletrólise
R$ 1
milhão
Unicamp
Fonte: http://www.inovacao.unicamp.br/report/noticias/index.php?cod=341
Capacidade
Localização
de
Matéria
da Planta
Produção
- Prima
(kg/h)
sol
Inicio de
Operação
da Planta
2008
Empresas
Processos
envolvidas
utilizados
German
Energia solar
por
Andaluzia,
1 kg/h2 per
Espanha
sunshine
Aerospace
hour
Center (DLR)
Custo
da
Planta
€ 2,6
concentração milhões
(sistema
fotovoltaico)
Fonte:
http://www.universia.es/html_trad/portada/actualidad/noticia_actualidad_trad/params/anyo/20
08/mes/Abril/noticia/jgaid.html;
http://www.lastresearch-freenergy.com/scientific-info/germany/a-solar-pilot-production-ofhydrogen-of-100-kilowatt
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrosol-2
90
Capacidade
Localização
de
Matéria
da Planta
Produção
- Prima
Inicio de
Empresas
Processos
Custo da
envolvidas
utilizados
Planta
Iwatani Int /
Reforma
$ 2 milhões
natural
Kansai
do Vapor
(estimativa)
liquido
Electric Power
Operação
da Planta
(m3/h)
Osaka,
1200
Japão
Gás
2006
Fonte: http://www.portalh2.com.br/prtlh2/noticias.asp?id=5
Capacidade
Localização
da Planta
de
Produção
(kg/day
Matéria
- Prima
Inicio de
Operação
da Planta
Empresas
Processos
Custo da
envolvidas
utilizados
Planta
U.S.
Eletrólise
hydrogen)
Arizona,
18
Água
USA
2002
Department
$ 2 milhões
of
(estimativa)
Energy,
Idaho
National
Laboratory
Fonte: http://avt.inel.gov/hydrogen.html
http://www.inl.gov/technicalpublications/Documents/3028335.pdf
91
Capacidade
Localização
de
Matéria -
da Planta
Produção
Prima
(m3/h)
Holanda
25.000
Glicerina/
Glicerol
Inicio de
Operação
da Planta
-
Custo
Empresas
Processos
envolvidas
utilizados
The Linde
Pirólise/
€35
Group
Reforma
milhões
da
Planta
Fonte:
http://financialreports.linde.com/2006/ar/lindefinancialreport/groupmanagementreport/thelinde
group/engineeringdivision/hydrogenandsynthesisgasplants.html
* m3/h = metro cúbico por hora
92
12. FORMAÇÃO DE CAPITAL HUMANO
Usando a Internet como fonte de informação, foram identificados: um curso oferecido
anualmente, sete cursos oferecidos pontualmente e dois eventos anuais. São eles:
Quadro 13: Cursos sobre hidrogênio em universidades e institutos de pesquisa
Curso
Universidade
Data
Modalidade
6º Curso de Segurança do INT
2009-
Cursos
Hidrogênio
2010
âmbito do projeto UTILH2
2009
In company
2002
Edições anuais
2007
Mini curso pontual realizado no
Curso
de
extensão
em UFRJ/IQ
pontuais
realizado
no
“Tecnologia do Hidrogênio”.
5° Workshop Internacional
UNICAMP
sobre Hidrogênio e Células a
Combustível
Curso Geração de hidrogênio UFF
para células de combustível
âmbito da 5º Semana Fluminense
de Engenharia
No âmbito do projeto UTILH2 foram realizados seis cursos, dos quais cinco sobre segurança
no uso do hidrogênio e um curso sobre medições em célula a combustível, com emissão de
certificados para os participantes inscritos. São eles:
Quadro 14: Cursos sobre H2 no âmbito do projeto
Nome do Curso
Nº
Local/
Nº
Partic.
Data
A/A
1 Curso sobre Segurança Aplicável a 70
Professor
INT/2008 16h/h
Instrutor da Empresa Triex
2008/
Newton Pimenta e
Laboratórios Químicos Físicos e outras
Ramificações
4
Cursos
sobre
Segurança
em 160
Laboratório de H2
1
curso
sobre
16h/h
2009
Confiabilidade
nas 55
2009
Ana Maria Rocco
16h/h
Jorge Trota, Paulo
Medições e Incerteza em Sistemas de
Roberto Guimarães e
Células a Combustível
Sergio Oliveira
93
12.1. Ementas dos Cursos
Os cursos realizados no âmbito do Projeto UTILH2 tiveram como ementa os assuntos
relacionados nos quadros abaixo:
Figura 1: Curso sobre Segurança Aplicável a Laboratórios Químicos Físicos e outras
Ramificações
94
Cursos Sobre Segurança em Laboratório de Hidrogênio
Curso Confiabilidade nas Medições e Incerteza em Sistemas de Células a Combustível
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introdução
Conmetro, Simetro, Inmetro
Conceituação de tecnologia industrial básica.
Importância da metrologia para qualidade.
O verdadeiro papel de um laboratório de metrologia na indústria.
Rastreabilidade e confiabilidade metrológica.
Considerações sobre as normas ISO 17025 e ISO 9001.
Vocabulário internacional de metrologia VIM (2008).
Estatística aplicada a confiabilidade metrológica.
Média, desvio padrão.
Compatibilidade entre variâncias.
Distribuição normal e t de student.
Critérios de rejeição.
Intervalo de confiança.
Compatibilidade entre médias e resultados de medição.
Cartas de controle Stewart.
Implantação de confiabilidade metrológica.
•
•
Estimativa da incerteza de medição.
Conceito de relevância e documentos relevantes.
95
•
•
•
•
•
•
•
•
Guia para expressão da incerteza de medição.
Incerteza do tipo A e do tipo B.
Incerteza padrão, combinada e expandida.
Simulação pelo método de Monte Carlo.
Elaboração de planilha de cálculo.
Utilização da ISO GUM 95.
Incerteza e limites de aceitabilidade.
Incerteza de medição das grandezas de CaC do tipo PEMFC e SOFC.
Os participantes dos cursos foram estudantes de química, estudantes de pós graduação,
empresas do setor privado, técnicos em segurança no trabalho, técnicos gás, técnicos em
medicina do trabalho, e alunos poucos componentes das redes de H2
12.2. Treinamento da Equipe do Projeto
Foi realizado um treinamento com o título “Panorama e Tendências no Uso do
Hidrogênio”, que teve como objetivo nivelar o conhecimento da equipe de informação
responsável pelos levantamentos de dados quanto as novas tecnologias disponíveis na
Internet necessárias para tratar e analisar as informações coletadas.
O curso foi de 24 h/a, ministrado pelo Professor Luc Quoniam em março de 2009, aberto a
toda a comunidade interessada em prospecção tecnológica e hidrogênio, cumprindo o
seguinte programa:
•
Conceitos e ao histórico da evolução da informação inteligente, estratégica e competitiva
•
Ferramentas da WEB 2.0 para monitoramento e tratamento de dados com ênfase em
informações sobre hidrogênio energético,
•
Fluxo RSS,
•
Mapeamentos,
•
Clustering engine,
•
Buscas internacionais,
•
Widgets,
•
Criatividade a Serendpidade e o pensamento inovador.
96
O projeto promoveu também uma consultoria específica do Professor Luc, para a equipe
do projeto e a equipe da Divisão de informação e Prospecção Tecnológica, relativa ao uso
específico de algumas tecnologias voltadas para tratamento e análise de dados e resolução
de problemas.
13. SITE DE DIVULGAÇÃO DE INFORMAÇÕES E ATIVIDADES SOBRE H2
Foi desenvolvido um site com o objetivo de reunir e divulgar informações e notícias sobre o
Hidrogênio e disponibilizado na Internet através da url: www.utilh2.com.br
O site foi alimentado até 26 de junho de 2010 e dispõe das seguintes informações:
•
Notícias sobre o H2 coletadas em sites, blogs, boletins eletrônicos etc;
97
•
Uma base de dados com aproximadamente 900 documentos entre os quais, artigos
capítulos de livros, patentes, projetos, guia de pesquisadores
A base de dados é de aceso livre e a consulta é feita por termo, data ou nome do
pesquisador, conforme mostra a figura abaixo:
Na consulta acima, foram encontrados 330 documentos com a palavra hidrogênio e o
resultado da busca mostra o primeiro registro com informações sobre um pesquisador
atuante na área de hidrogênio.
O site está hospedado em um servidor alugado na empresa Universo Online após diversas
tentativas de instalação da base concluiu-se que a empresa não oferecia as condições
necessárias para a hospedagem da base, construída com tecnologia ISIS. Em função disto,
a base foi hospedada na empresa Contempory. O contrato de hospedagem feito com a
98
Empresa Universo Online expira em setembro de 2010 e a sugestão é que o site seja
hospedado junto com a base de dados na empresa Contempory.
14. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os bancos de patentes e de pesquisa nos dão uma visão do passado.porque as informações
mais recentes datam de 18 meses em se tratando de patentes, nos permitindo olhar até
ontem.
A prospecção tecnológica é hoje uma componente do planejamento, visto que a necessidade
de investimentos cresce à medida que a população aumenta e que o ambiente da produção
evolui.
O processo de análise de patentes associada a uma visão de mercado e alinhada com o
planejamento estratégico favorece a tomada de decisão visto que mostra o estágio de
maturidade de uma determinada tecnologia e qual o esforço despendido por uma
determinada empresa em P&D.
Outras questões também podem ser resolvidas a partir da leitura dos resultados em gráficos
tais como:
Qual a relação dos atores no mercado;
Quais as origens das tecnologias;
Como evoluíram as tecnologias em um determinado período;
Como evoluíram os depósitos de patentes nos principais países e por empresa;
Quais inventores pesquisam sobre o mesmo tema entre os outros resultados.
Os resultados aqui apresentados permitem que os especialistas possam inferir sobre a
demanda da economia do H2 em formação facilitando a identificação de oportunidades de
investimento para a produção, armazenamento e célula de combustível e agregou novas
informações de utilidade para a orientação da política de investimentos em P&D na área
energética.
Onde o Brasil quer estar? Parece-nos importante enquanto governo, saber em que estagio
da economia do H2 nos encontramos e quanto esta mudança econômica impactará como
nós trabalhamos, como nós vivemos, como nós jogamos - como nós fazemos todas as
coisas que são importantes para nós na vida. E sair na frente significa estar a par de como
isto ocorrerá.
Os resultados deste projeto devem ser lidos e comparados a trabalhos anteriores realizados
por consultores, por conter informações que fortalecem o panorama da economia do h2 no
99
Brasil e no mundo, nos últimos 20 anos bem como sinaliza para as tendências da pesquisa
e do desenvolvimento de tecnologias de ponta que movimentam a economia do hidrogênio.
Rio de Janeiro, 31 de Agosto de 2010
100
ANEXO 1: TESES E DISSERTAÇÕES, POR INSTITUIÇÃO
Universidade
Dissertações Teses
Total
Universidade de São Paulo - USP
25
16
41
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
12
3
15
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP
7
5
12
Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
5
2
7
Universidade Estadual Paulista - UNESP
4
2
6
Universidade Federal de Uberlândia - UFU
4
0
4
Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG
3
1
4
Universidade Federal do Paraná - UFPR
3
0
3
Universidade Federal de Santa Maria - UFSM
2
1
3
Universidade Federal de São Carlos - UFSCar
2
1
3
Pontifícia Universidade Católica do Rio de
2
0
2
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do 2
0
2
Janeiro- PUC-RIO
Sul - PUC-RS
Universidade Federal da Bahia – UFBA
0
1
1
Universidade Federal de Campina Grande -
1
0
1
Universidade Federal Fluminense - UFF
1
0
1
Universidade Federal de Pernambuco - UFPE
1
0
1
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
0
1
1
Universidade Federal do Maranhão – UFMA
1
0
1
Universidade Federal do Pará UFPA
0
1
1
Universidade Federal do Rio Grande do Norte -
1
0
1
1
0
1
Universidade São Francisco – USF
1
0
1
Total
78
34
112
UFCG
UFRN
Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS
Fonte: Sites disponíveis na Web
101

UTILH2 - Instituto Nacional de Tecnologia

Transcrição

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