Armazenamento e Transporte do Hidrogênio pelo Método de
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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. 2 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/