Les revalorisations salariales des secteurs sanitaire, médicosocial et social

Os métodos de armazenamento de hidrogênio mais difundidos, atualmente, são: tanques pressurizados (estado gasoso), tanques criogênicos (estado líquido) e hidretos metálicos (na forma de compostos intermediários) (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2015). A Tabela 2.2 apresenta algumas das características destes armazenadores (DI PROFIO et al., 2009; LINARDI, 2010; OZAKI et al., 2014; REVANKAR; MAJUMDAR, 2014).

Figura 2.2 – Eletrolisador alcalino: (a) pilha eletrolisadora; (b) imagem termográfica da pilha eletrolisadora em operação

(a) (b)

Fonte: Autor.

Tabela 2.2 – Características das diferentes tecnologias de armazenamento de hidrogênio

Especificação Tanques

pressurizados

Tanques

criogênicos Hidretos metálicos Densidade de energia por unidade

de massa (MJ·kg-1₎ 0,9 ~ 8,1 15 ~ 45 0,9 ~ 3,5 Densidade de energia por unidade

de volume (MJ·m-3₎ 700 ~ 3600 4000 ~ 5000 12800 ~ 13800

Eficiência global (%) 80 ~ 92 62 ~ 77 90 ~ 94

Fração mássica (%) 3 ~ 10 > 10 1 ~ 7

Pressão (bar) 200 ~ 700 1,0 ~ 1,2 2 ~ 60

Taxa de auto descarga (%·dia-1_{) < 0,00003 0,3 ~ 1,0 desprezível}

Fonte: Compilação de dados de Di Profio et al. (2009), Linardi (2010), Ozaki et al. (2014) e Revankar e Majumdar (2014).

Devido às propriedades físicas do hidrogênio, um consumo extra de energia é necessário para seu armazenamento em grandes quantidades, independentemente da tecnologia empregada

no armazenador. Essa energia adicional é utilizada na compressão do gás (estado gasoso), no processo de liquefação do H2 (estado líquido) ou nas trocas térmicas (compostos intermediários), o que acaba impactando negativamente na eficiência do armazenador de H2.

O armazenamento de hidrogênio no seu estado natural é feito em tanques pressurizados. A compressão é necessária para que seja possível a estocagem de quantidades expressivas de H2 em um pequeno volume, devido à sua baixa densidade. A utilização de maiores pressões aumenta a quantidade do gás armazenado, porém acarreta maiores níveis de potência para compressão, eleva o custo total e compromete a segurança e a eficiência total. Todavia, a descarga de hidrogênio não consome energia, podendo ficar armazenado por longos períodos, uma vez que praticamente não se descarrega ao longo do tempo. O armazenamento de H2 em tanques pressurizados tem uma tecnologia consolidada, é o mais difundido mundialmente e com menor custo em relação aos demais (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2015; LARMINIE; DICKS, 2003).

Uma das formas de armazenamento de grandes quantidades de hidrogênio é no seu estado líquido, quando ele apresenta uma maior densidade. A massa de hidrogênio armazenado na forma líquida tem uma maior representatividade na massa total do sistema (fração mássica superior a 10%). Entretanto, para liquefazer o H2, ele precisa ser resfriado e contido em tanques criogênicos a temperaturas inferiores a -253 °C, o que exige métodos especiais de operação e controle. Em comparação com as outras duas tecnologias, esta apresenta baixa eficiência pela grande quantidade de energia que é consumida no processo de liquefação. Além disso, existem perdas por evaporação na contenção do H2 em estado líquido (LINARDI, 2010; REVANKAR; MAJUMDAR, 2014).

O método mais compacto e seguro para armazenamento de hidrogênio, dentre os apresentados nesta tese, é na forma de compostos intermediários. Essa tecnologia armazena o hidrogênio na forma de hidretos metálicos, os quais são compostos que se formam quando o H2 se combina com certas ligas metálicas. O armazenamento na forma de HM opera em baixas pressões, não possui componentes móveis, apresenta um alto nível de segurança e pode estocar hidrogênio por longos períodos. Contudo, para que o H2 seja liberado, a liga metálica precisa ser aquecida, assim como tem de ser resfriada para que o H2 volte a se combinar. Portanto, os processos de armazenamento e liberação de hidrogênio envolvem um consumo de energia térmica, apesar desses armazenadores se destacarem pela sua alta eficiência (SOUAHLIA et al., 2011).

A planta AEH2 experimental desta tese utiliza um cilindro de hidretos metálicos. A escolha por este método de armazenamento foi devido à sua elevada eficiência, à contenção do

hidrogênio por longos períodos, ausência de elementos móveis e, sobretudo, ao alto nível de segurança (operação em temperaturas próximas a do ambiente e a baixas pressões). Ao mesmo tempo, o armazenamento de H2 em HM permite que a energia adicional requerida pelo armazenador seja suprida diretamente na forma térmica.

2.3.2.1 Armazenamento de hidrogênio em hidretos metálicos

A reação típica do armazenamento de H2 como composto intermediário, através de adsorção e dessorção, em uma liga metálica é demonstrada em (2.4).

(2.4)

onde M é um metal, ou liga metálica (LaNi5, TiFe, etc.), H é o átomo de hidrogênio, x é o número de átomos de hidrogênio por fórmula, (s) indica o estado sólido e (g) indica o estado gasoso.

Na interação direta da reação (2.4), o H2 no estado gasoso se combina com a liga metálica (adsorção) formando o hidreto metálico (HMx) no estado sólido e liberando calor (reação exotérmica). No processo reverso através do fornecimento de calor ao HM (reação endotérmica), aproximadamente a mesma quantidade do processo direto, a ligação química é desfeita e o H2 é liberado (dessorção), retornando ao estado gasoso (LOTOTSKYY et al., 2014). Conforme ocorre o processo de dessorção (reação endotérmica) a temperatura da liga metálica tende a diminuir, fazendo com que a taxa de dessorção de H2 também diminua. Essa propriedade particular dos HM’s contribui para o aumento do nível da segurança, pois mesmo que ocorra uma ruptura no armazenador, o vazamento de hidrogênio tende, naturalmente, a pequenos níveis.

A taxa de adsorção/dessorção e, consequentemente, a pressão do H2 estão intimamente relacionadas com a temperatura do HM. Para realizar o controle destas grandezas é necessário o gerenciamento da temperatura através de trocas térmicas. Durante o armazenamento do H2 (processo exotérmico de adsorção) a liga metálica precisa ser resfriada, enquanto que durante a recuperação do hidrogênio (processo endotérmico de dessorção) ela precisa ser aquecida (LINARDI, 2010; SOUAHLIA et al., 2011). Portanto, para que as reações ocorram com taxas adequadas, é imprescindível a administração de calor nesse tipo de armazenador de H2.

dessorção

HM

(s) + calor

adsorção

M(s) + x/2 H

(g)

O equilíbrio entre adsorção e dessorção de (2.4) é caracterizado por uma inter-relação entre a pressão (P), a concentração de H2 na fase sólida (C) e a temperatura (T). Essa relação é determinada pela característica da liga metálica que interage com o hidrogênio no estado gasoso. Costuma-se representar estas características do material através de um diagrama PCT. A Figura 2.3 apresenta o diagrama PCT da liga LaNi5, a mesma utilizada na planta experimental desta tese. Nesta figura, Peq representa o valor da pressão de equilíbrio, quando o hidrogênio não sofre adsorção nem dessorção, e H/Hmáx indica a concentração de hidrogênio armazenado na forma de HM.

Figura 2.3 – Diagrama PCT da liga LaNi5 durante o processo de dessorção

Fonte: Cho et al. (2013).