Efeito dos dióxidos de enxofre e de nitrogênio no desempenho de uma célula a combustível de membrana de intercâmbio de prótons

Abstract

Recebido em 13/3/07; aceito em 6/9/07; publicado na web em 26/2/08 EFFECT OF SULFUR AND NITROGEN DIOXIDES ON THE PERFORMANCE OF A PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL. There is presently much interest in the clean and efficient generation of energy by proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), using hydrogen as fuel. The generation of hydrogen by the reforming of other fuels, anaerobic fermentation of residual waters and other methods, often produce contaminants that affect the performance of the cell. In this work, the effect of gaseous SO 2 and NO 2 on the performance of a H 2 /O 2 single PEMFC is studied. The results show that SO 2 decreases irreversibly the performance of the cell under operating conditions, while NO 2 has a milder effect that allows the recovery of the system. Keywords: fuel cells; nitrogen dioxide; sulfur dioxide. INTRODUÇÃOA sociedade moderna busca formas de geração de energia mais eficientes, silenciosas, versáteis e de baixo impacto ambiental. Neste contexto as células a combustível surgem como uma potencial solução, sendo vislumbradas como a fonte de energia do futuro. São silenciosas, mais eficientes que os sistemas de geração de energia atuais e produzem o que os ecologistas chamam de energia limpa. As células a combustível são sistemas eletroquímicos conversores de energia química, de uma gama de combustíveis, diretamente em energia elétrica. São basicamente compostas por dois eletrodos, o ânodo onde ocorre a reação de oxidação do combustível, o cátodo onde ocorre a reação de redução do oxigênio e entre eles um eletrólito para completar o circuito. Dentre os diferentes tipos 1 de células a combustível, as de membrana de intercâmbio de prótons ("Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC") são atualmente vislumbradas para aplicações estacionárias, veiculares e portáteis.As células a combustível apresentam uma eficiência na conversão de energia química em elétrica que pode chegar a 50%.1 Já as máqui-nas térmicas não podem ultrapassar os 40% impostos pelo ciclo de Carnot. No entanto, na prática a eficiência deste tipo de sistema é bem inferior. Por exemplo, atualmente os motores de combustão interna a gasolina não ultrapassam os 20%. Dentre os combustíveis utilizados nas PEMFC podemos citar os álcoois e o hidrogênio, sendo este último o que gera a maior densidade de potência na célula.O hidrogênio atualmente é visto como o combustível do futuro. As principais vantagens são, poder ser obtido de fontes renováveis, apresentar uma densidade energética mássica superior a muitos outros combustíveis, não ser tóxico e poder ser produzido no local de consumo, pela reforma de uma grande variedade de compostos que incluem os combustíveis fósseis e os renováveis. Assim, alguns países como Japão e USA já assumiram em suas políticas de desenvolvimento que, no futuro, o hidrogênio será seu principal vetor energético, e com isso fazem grandes investimentos em toda a cadeia do hidrogênio, ou seja, produção, armazenamento, distribuição e aplicação.A produção de hidrogênio pode ser feita por diferentes pr...

Desenvolvimento de processo de produção de conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo para células a combustível baseadas no uso de membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC) por impressão a tela

“…2,4,5 Em um sistema de célula a combustível do tipo PEMFC, suprido com hidrogênio e oxigênio são conduzidas duas reações eletroquímicas parciais, em dois eletrodos separados por um eletrólito polimérico, formando água como produto da reação global e gerando energia elétrica e térmica com alta eficiência. As reações parciais e a reação global para hidrogênio e oxigênio são indicadas nas Equações 1, 2 e 3: 3,6 Ânodo: H 2 + 2 H 2 O à 2 H 3 O + + 2 e -(1)…”

“…2 Diante dessas projeções, o desenvolvimento de sistemas capazes de gerar energia elétrica a partir do hidrogênio passa a ser uma necessidade estratégica para garantir o atendimento às demandas energéticas dos próximos anos. 2,3 Células a combustível são dispositivos capazes de converter energia química em elétrica e térmica de forma direta, gerando corrente contínua por meio do suprimento de combustível e oxidante. 4 Dentre os diversos tipos de células a combustível existentes, as que usam uma membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC) como eletrólito têm características que tornam seu uso viável tanto para geração estacionária de energia elétrica, quanto para aplicações portáteis e, até mesmo, automotivas (com uso de um motor elétrico).…”

“…2,4,5 Em um sistema de célula a combustível do tipo PEMFC, suprido com hidrogênio e oxigênio são conduzidas duas reações eletroquímicas parciais, em dois eletrodos separados por um eletrólito polimérico, formando água como produto da reação global e gerando energia elétrica e térmica com alta eficiência. As reações parciais e a reação global para hidrogênio e oxigênio são indicadas nas Equações 1, 2 e 3: 3,6 Ânodo: H 2 + 2 H 2 O à 2 H 3 O + + 2 e -(1)Reação global:Nessas reações o hidrogênio é oxidado no ânodo, os elétrons são conduzidos ao cátodo por um circuito externo, gerando corrente elétrica e os prótons são conduzidos ao cátodo através da membrana polimérica hidratada. 5,7,8 No cátodo ocorre a redução do oxidante na presença dos prótons e elétrons provenientes do ânodo, formando moléculas de água e fechando o circuito elétrico.…”

Influência do suporte em catalisadores de Ni aplicados à reforma a vapor do ácido acético

“…Além disso, para alguns tipos de células a combustível tem-se a necessidade de obtenção de H 2 com o mínimo de contaminantes. Como exemplo, em células a combustível de baixa temperatura são utilizados catalisadores, normalmente de platina, que são bastante sensíveis a compostos sulfurados e monóxido de carbono e levemente a compostos nitrogenados (LOPES; GONZALES, 2008).…”

Obtenção de nanopartículas de platina para aplicação em células a combustível através do uso de plasma a baixa pressão.

“…Os elétrons são então conduzidos pelo eletrodo, passando pelo circuito externo, formando assim uma corrente elétrica do anodo para o catodo. As moléculas de hidrogênio que não foram quebradas continuam sendo realimentadas até sofrerem quebra em H + e elétrons, equação 1,[36,37,38,40].No catodo, o gás oxigênio é bombeado até chegar ao catalisador que envolve o eletrólito. Assim, a molécula de oxigênio combina-se com os prótons de hidrogênio que atravessaram a membrana e juntamente com os elétrons que chegam no catodo formam a água[36,37,38,40,45,46].…”