Armazenamento e Transporte do Hidrogênio pelo Método de

Fonte:JASE-W Tecnologias e Produtos Energéticos Inteligentes Japoneses
http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-p/index.html
F-02
Palavra-chave
Y3
equipamento ou instalação
Z4
eletricidade
S5
energia renovável
L
serviços técnicos
Chiyoda Corporation
Armazenamento e Transporte do Hidrogênio pelo Método de Hidreto
Orgânico Químico – Sistema SPERA Hydrogen® –
Características
O método de hidreto orgânico químico é um processo pelo qual o hidrogênio, que é um gás leve, é fixado
quimicamente ao tolueno e é convertido em metilciclo-hexano (MCH), que é um produto químico em forma líquida à
temperatura e pressão ambiente, para ser armazenado e transportado, sendo que o hidrogênio é extraído no local
em que é utilizado, por reação de desidrogenação, e o tolueno produzido é recolhido e reaproveitado como
carregadores de hidrogênio, de forma que permite o manuseio do hidrogênio com o mesmo nível de risco que a
gasolina convencional, sendo, portanto, um método qualificado como tendo alto nível de segurança.
O hidrogênio é uma energia secundária que pode ser produzida a partir de diversas energias primárias e é um meio
limpo de transporte de energia; contudo, ainda não está consolidada uma tecnologia capaz de armazená-lo e
transportá-lo em grandes quantidades através de graneleiros de líquidos de grande porte. O método de hidreto
orgânico químico tem sido defendido desde a década de1980, mas não existia até agora um processo que
permitisse a reação estável de desidrogenação para extrair o hidrogênio. A nossa empresa iniciou em 2002 as
pesquisas para o desenvolvimento de um catalisador de desidrogenação, que seja capaz de se tornar a chave do
desenvolvimento, e já obteve até aqui sucessos no desenvolvimento de um novo catalisador de desidrogenação
passível de ser utilizado industrialmente e, tendo concluído o desenvolvimento de um processo simples de
desidrogenação com o uso de reator multitubular de leito fixo e, tendo sido construído uma planta piloto do sistema
todo em 2013, foi concluída a consolidação de toda a tecnologia do sistema (“SPERA Hydrogen® “) , passando
assim a ser tecnicamente passível de ser comercializado.
<Características do método de hidreto orgânico químico>
Pode ser armazenado em grandes volumes, sem perdas do hidrogênio por longo tempo sob condições seguras de
temperatura ambiente e pressão normal, assim como ser transportado por via marítima e terrestre.
- Navios químicos existentes (50.000-70.000 tonelada classe) podem ser usados para o transporte de cerca de
3.000-5.000 toneladas de hidrogênio cada viagem. (3.000 toneladas de hidrogênio é equivalente a quantidade de
hidrogênio necessária para encher o tanque de combustível de 600.000 veículos de célula.)
- É o método mais próximo da concretização do uso prático no transporte em grande escala, pois apresenta maior eficiência
e menor custo, comparativamente a outros métodos.
- É um método com alto grau de segurança, que permite o armazenamento e o transporte da energia de hidrogênio em
grande quantidade e com o nível de perigo igualável ao da gasolina.
Descrição Geral ou Princípios do Sistema
Um resumo do método OCH é mostrado na figura abaixo. O hidrogênio pode ser produzido usando o processo
convencional a partir de resursos de hidrocarbonetos incluindo gás natural, gases associados, petróleo e carvão. O
hidrogênio é uma energia secundária limpa, que também pode ser produzido a partir de energias renováveis, como a
energia hidráulica, energia eólica e energia solar. Hidrogênio é adicionado a tolueno para producir MCH. O Processo
de Hidrogenação para a produção de MCH é bem comercializado desde 1970 e plantas em larga escala estão
operando com uma alta rentabilidade. Além disto, o tolueno e o MCH são ambos produtos derivados já existentes do
petróleo, que são utilizados em larga escala como solventes industriais, e estão classificados na mesma categoria de
produtos perigosos que a gasolina. Este fato permite que sejam aproveitadas as instalações de armazenamento de
grande porte existentes, além do que já é realizado o transporte em escala comercial, sendo o marítimo por navios
tanques e o terrestre por caminhões tanques . Portanto, a colocação do sistema “SPERA Hydrogen®“ em uso prático
foi possível através do desenvolvimento do processo de desidrogenação e otimização geral de todo o sistema.
Fonte de Hidrogênio
☆ Combustíveis fósseis
(W/CCS)
☆ Energias renováveis
CH 3
Tolueno
MCH
Tolueno
CH 3
CH 3
CH 3
Reação Exotérmica
205kJ/mol
+ 3H2
+ 3H2
MCH : Methylcyclohexane
Processo de
Hidrogenação
Utilização do hidrogênio
☆ Combustível de Geração de Energia
☆Veículo elétrico de célula a combustível (FCV)
☆ ENE-FARM (Sistemas de Cogeração
Baseados em Células-Combustível para Lares)
☆ Reação de Mudança de Vapor de Água Reversa
Armazenamento
MCH
Transporte
Tecnologia já comercializada
Tolueno
Reação Endotérmica
205kJ/mol
Processo de
Desidrogenação
Armazenamento
Possibilidade de colocação do
sistema em uso prático graças ao
desenvolvimento do processo/
catalisador de desidrogenação.
Estrutura Integral do sistema “SPERA Hydrogen®”
Em princípio, a hidrogenação é uma reação exotérmica, enquanto que a desidrogenação é uma reação
endotérmica. A quantidade do calor que entra e sai em cada uma destas reações é equivalente a cerca de 30%
da energia do hidrogênio. O calor exalado pela hidrogenação é absorvido e aproveitado no local onde é
produzido o hidrogênio. Além disto, a energia despendida no processo de desidrogenação é transformada em
energia do hidrogênio pela própria reação de desidrogenação. Com isto, passa a ser possível o aproveitameto
da energia térmica obtida nas centrais elétricas, fábricas, incineradoras de lixo etc., por via da transmutação em
energia do hidrogênio.
Efeitos de Economia de Energia e Itens Específicos
F-02
Geração de energia
por célula de combustível
Para concretizar o crescimento
sustentável da humanidade, é
[Países fornecedores de gás]
[Oceano]
[Japão]
Geração Termelétrica
(Combustão mista de gás
indispensável consolidar um sistema
Sistema “SPERA Hydrogen” (Sistema de Armazenamento e Transporte do
natural e carvão
Hidrogênio pelo Método de Hidreto Orgânico Químico)
mineral na energia
que previna o aquecimento global
[Planta de
térmica)
hidrogênio]
Metilciclohexano (MCH)
reduzindo a emissão do gás carbônico
e, simultaneamente, permita o aumento
Planta de
Planta de
Hidrogênio
Tanque de
Hidrogênio
desidrogenihidrogênização
do consumo da energia como um todo.
armazenamento
zação
Além do mais, dentre as energias
Tolueno
Separação
recicláveis, tais como a eólica, a hídrica
Neste sistema de armazenagem/transporte de hidrogênio, o hidrogênio é fixado ao tolueno (reação
do CO2
hidrogenerativa) e transportado como metil-ciclohexano no estado líquido à temperatura e pressão ambiente.
e a fotovoltaica, muitas derivam da
No local onde o hidrogênio é usado, é extraído por uma reação de desidrogeração e o tolueno é recuperado
FCV e matéria prima
e reciclado ao mesmo tempo
para indústria
energia solar, o que permite dizer que
Reforma
Hidrogênio
Hidrogênio
um sistema energético que produz o
[Planta de
Processo IS
Fotocatálise
hidrogênio]
(Iodo-Enxofre)
hidrogênio a partir da água com o uso
Gás natural
Separação do
de tais energias recicláveis e que
CO2
Energia Hidráulica Luz solar
Campo de gás
eólica
Eletrólise
Energia
depois de utilizar a água devolve-a ao
natural
da Água
nuclear
Energia
Gaseificação do
Luz solar geotérmica
ciclo da natureza é um derradeiro
carvão
Energias renováveis
sistema energético à base do Sol e da
de grandes escalas
Coleta de
Carvão
metais
☆Estrutura para solver os problemas energéticos futuros, reduzindo a emissão de CO no nosso
água, constituindo portanto uma
país
[Países produtores
☆Conversibilidade à sociedade de baixo carbono, que é a meta final, com tranquilidade.
Mina de carvão
tecnologia de extrema importância para
de carvão]
resolver os problemas energéticos e de
Figure 1 Hydrogen supply chain concept
aquecimento global no nosso país.
Acredita-se que a cadeia de
fornecimento de hidrogênio, assim
Hidrogenação
Desidrogenação
como mostra a figura à direita,
(ponto de exportação)
(ponto de importação)
Tanques de Tolueno
Tanques de MCH
tornar-se-á possível através da
Reator de
Reator de
desidrogenação
Hidrogenação
aplicação prática desta tecnologia. Ou
seja, na primeira etapa, o hidrogênio
será fabricado a partir de combustíveis
Tanques para a Unidade de Hidrogenação
fósseis, como o gás natural ou o carvão,
e transportado em grandes quantidades
Tanks for dehydrogenation unit
e a longas distâncias. Nesta hora, o
Capacidade de Armazenamento: de 1 semana para 50 Nm2/h
CO2 proveniente do hidrocarbono é
(tanques de 20 m3)
recuperado durante o processo de
(a) Seção de Reação
(b) Seção de Tanque de Armazenamento
produção do hidrogênio no país
Instalação para Comprovação
produtor de petróleo, ora para promover
a recuperação, ora para armazená-lo
por via de CCS, o que promoverá o
armazenamento/transporte do hidrogênio limpo em grandes quantidades. A concretização desta primeira etapa
permitirá impulsionar o aproveitamento da energia do hidrogênio em grande escala pelo nosso país.
A meta final desta concepção está na transição para uma sociedade de baixo carbono, através do armazenamento e
transporte de energia reciclável em grandes quantidades. Assim sendo, por ora o hidrogênio será utilizado como uma
energia suplementar para o combustível fóssil, como o gás natural, de modo a reduzir a emissão do dióxido de
carbono pelo nosso país; e, ampliando gradualmente o aproveitamento da energia reciclável, tem-se como meta não
só passar a ser uma sociedade de baixo carbonono no futuro, com tranquilidade e sem ter de alterar as
infra-estruturas, como também solucionar os problemas energéticos.
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Implementações Realizadas ou Previstas
JAPÃO
Contacto:
Planta de Demonstração
Conclusão em março de 2013; início da operação em abril.
Local: Research Park of Chiyoda Corporation (Kanagawa-ku, Yokohama City)
Escala: 50 Nm3 / hour (quantidade armazenada e hidrogênio gerado)
Chiyoda Corporation
Minatomirai Grand Central Tower, 4-6-2 Minatomirai, Nishi-ku, Yokohama City,
Kanagawa Prefecture 220-8765, Japan
Hydrogen Chain Promotion Section,
Tel: +81-45-225-4872 Fax: +81-45-225-4990
URL : http://www.chiyoda-corp.com/