SAICT – SISTEMA DE APOIO À INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA

AVISO N.º 02/SAICT/2016 (Projetos de IC&DT - Copromoção)

Identificação do Projeto

Código do Concurso: SAICT-45-2016-02

Designação da Operação: RENEFUEL – Produção de Combustíveis Renováveis por Eletrólise de Água

Código Universal: LISBOA-01-0145-FEDER-023470

Entidade Beneficiária: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL)

Entidades Parceiras: Instituto Politécnico de Setúbal; GSYF – Equipamentos para Energia, Lda.

Data de Decisão: 2017-07-07

Período de Execução previsto: 2017-10-01 e 2019-04-01

Investimento Global: 145.976,69€

Financiamento: 122.960,94€

Entidade(s) Financiadora(s): FEDER (40%)/FCT (45%)

Área Científica Principal: Educação – Engenharia Química

Investigador Responsável: Professor DoutorJaime Filipe Borges Puna (ISEL – ADEQ)

Principais objetivos, atividades e resultados esperados:

Este projeto consiste na construção, teste e funcionamento otimizado de um sistema de geração de combustível a partir de fontes de energia renováveis, por eletrólise alcalina da água, usando elétrodos de grafite/aço, sem membrana separadora de gases. O projeto parte de estudos anteriormente efetuados, à escala laboratorial, em que este conceito foi provado e que resultou na construção de um protótipo de um eletrolisador de 1 kW, capaz de produzir um gás de síntese composto maioritariamente por H2 e CO2, a partir de energia elétrica excedentária na rede, nas horas de vazio ou, através do fornecimento de energia elétrica a partir de fonte renovável, como, por exemplo, a energia solar. Este gás de síntese servirá de matéria-prima para a produção de biocombustíveis sintéticos de 2.ª geração, como a produção de biometano, biometanol, bio-DME, etc., a qual ocorrerá num passo subsequente de transformação termoquímica, num reator tubular catalítico de leito fixo. Neste projeto pretende efetuar-se o aumento de escala até uma unidade comercial de um eletrolisador de 5 kW de potência, capaz de produzir um caudal apreciável de biometano (CH4), componente principal do biogás e do gás natural, sendo também necessário efetuar-se uma avaliação ambiental e de viabilidade técnico-económica, comparando com outras alternativas concorrentes, embora utilizando fontes de energia não-renováveis e, a temperaturas muito elevadas, o que incorre um grande input de consumo energético.

Paralelamente, pretende-se estudar neste protótipo de eletrolisador, o conceito de “Electrocracking”, utilizando como fonte de carbono para a produção do gás de síntese, biomassa ligno-celulósica proveniente de matéria orgânica residual previamente liquefeita, o que traduz num duplo fornecimento de recursos energéticos renováveis.

O projeto terá uma duração de 18 meses e o seu programa de trabalhos compreende 5 atividades consecutivas dedicadas à construção, arranque, teste e otimização dos protótipos, além da coordenação do projeto e da disseminação dos seus resultados, o que passará pela publicação de artigos em revistas científicas com arbitragem, apresentações em conferências, publicações técnicas e uma patente. O projeto será coordenado pelo ISEL-Instituto Superior de Engenharia de Lisboa do Instituto Politécnico de Lisboa (ISEL/IPL), com a intervenção dos Departamentos de Engenharia Química e de Engenharia Eletrotécnica; com a participação da Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal (ESTS/IPS), com intervenção do Departamento de Engenharia Mecânica, e da empresa start-up GSYF, Lda., com sede nas Caldas da Rainha (Região Centro), que tem o seu know-how nas tecnologias de utilização do hidrogénio e da produção de energia por via sustentável, trabalhando já há alguns anos com o ISEL. Globalmente, o projeto visa produzir protótipos modulares semicomerciais capazes de gerar e armazenar energia, a partir de fontes renováveis, que possam ser utilizadas em aplicações domésticas, industriais ou de mobilidade, com particular interesse para áreas isoladas; ou que possam ser exportados ou comercializados no mercado nacional. Esta tecnologia baseia-se em fontes de energia renováveis, contribuindo, assim, para a implementação de uma economia de baixo carbono.

As atividades do projeto estão estruturadas da seguinte forma, para além de toda a atividade e gestão e de divulgação/disseminação dos resultados obtidos:

1.ª Etapa) Construção e utilização do protótipo de eletrolisador de potência de 5 kW para a produção de gás de síntese, através da eletrólise alcalina da água com elétrodos de grafite/aço e/ou com biomassa liquefeita;

2.ª Etapa) Construção e utilização do protótipo de reator tubular catalítico para a produção de biocombustíveis sintéticos de 2.ª geração (por ex., biometano, biometanol, bio-DME), com utilização de catalisador sólido;

3.ª Etapa) Realização de testes catalíticos em ambos os protótipos e caracterização dos catalisadores utilizados;

4.ª Etapa) Elaboração de estudo de análises de impactes ambientais e de viabilidade técnico-económica.

Os resultados esperados com a execução deste projeto referem-se, por um lado, à produção de gás de síntese, bem como, nesta fase, na produção de (bio)metano, sendo que, em ambos os processos, se pretende maximizar a sua conversão e o rendimento em gás de síntese e do biocombustível gasoso produzido no reator catalítico, estudando os efeitos da atividade/estabilidade dos catalisadores utilizados, bem como, a sua caracterização. Por outro lado, pretende-se, após a construção dos referidos protótipos, estudar e caracterizar a produção do gás de síntese e do (bio)metano nestes equipamentos à escala piloto, conduzindo posteriormente, à sua análise de viabilidade técnico-económica de todo este processo, em contexto de biorefinaria, elencando ainda, os mercados potenciais que beneficiarão com a utilização desta tecnologia, na produção de energia final, a partir de fontes energéticas renováveis. Será igualmente importante estudar a cinética dos fenómenos reacionais associados.