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Unicamp desenvolve reator que viabiliza a produção de hidrogênio a partir do etanol

O invento pode ser acoplado a células combustíveis para mover carros elétricos

Microrreator para produção de hidrogênio a partir do etanol. Crédito: Arquivo pessoal/Rubens Maciel Filho (Jornal Unicamp)

Pesquisadores do Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas (FEQ Unicamp) desenvolveram um reator químico compacto (microrreator) que viabiliza a produção de hidrogênio a partir do etanol.

A tecnologia, patenteada com o apoio da Inova Unicamp, pode ser embarcada em veículos e também acoplada a células combustíveis para mover carros elétricos.

Alguns dos carros elétricos movidos com esse combustível já carregam o gás pressurizado em tanques, porém, como a pressão de estocagem é alta, essa opção requer cuidados especiais e a montagem de uma infraestrutura adequada, fatores esses que podem ser proibitivos em um país com as dimensões do Brasil, afirmam os pesquisadores.

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“Nossa proposta é a produção de hidrogênio embarcada nos carros a partir do etanol. Esse hidrogênio pode alimentar as células combustíveis, possibilitando a eletrificação de forma mais fácil e barata, com a utilização de tecnologia desenvolvida no país e reduzindo a emissão de CO2”, explicou Rubens Maciel Filho, professor e pesquisador da FEQ Unicamp ao jornal da universidade.

O microrreator pode ser usado em diferentes áreas, desde a indústria farmacêutica até a automotiva. Nesses dispositivos, as reações químicas ocorrem em um espaço confinado, tendo a vantagem de intensificar os processos, maximizar as transferências de calor e massa e, portanto, propiciar altas conversões em um tempo muito reduzido.

O protótipo, projetado e construído na Unicamp, é do tamanho de um smartphone e seu núcleo, o coração do sistema, tem apenas 5 centímetros de comprimento. “Devido a essas características, a eficiência e o controle das reações são melhores quando comparados aos de reatores convencionais”, destacou Maciel Filho.

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Outra vantagem é o modelo de produção do microrreator. As placas, uma malha de microcanais, são feitas por impressão 3D em dispositivos específicos para metais. Alinhada com a Indústria 4.0, a manufatura aditiva permite o emprego de softwares de otimização topológica e de design.

Assim, a impressão 3D facilita a produção e também o desenvolvimento de novos protótipos mais rapidamente, oferecendo flexibilidade para a criação de geometrias que melhoram a eficiência do sistema, o que permite atender melhor às expectativas do mercado. O material empregado também é relativamente comum e disponível na indústria, o que evita a extração e uso excessivos de minerais raros, aspecto importante do ponto de vista da sustentabilidade.

“Além disso, para a obtenção do protótipo, foram utilizadas técnicas de otimização e simulação, o que possibilitou um rendimento bem elevado na obtenção do hidrogênio”, completa.

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Para mover um veículo, o hidrogênio produzido pelo reformador deve passar por uma célula combustível que transforma o gás em eletricidade, que faz o motor funcionar. De acordo com os inventores, o processo já está em escala para uso. A quantidade necessária de microrreatores para mover um veículo, no entanto, vai depender das especificações do carro. Nessa proposta, a fim de escalar até a potência necessária para movimentar um determinado veículo, multiplica-se o número de módulos reacionais.

Embora a reforma do etanol para a obtenção do hidrogênio gere uma certa quantidade de carbono, essa emissão pode ser zerada quando considerada toda a cadeia agroindustrial. “Esse carbono não vem de uma fonte fóssil, como é o caso do hidrogênio produzido a partir do gás natural. Trata-se de um processo reversível, pois esse carbono é capturado pela cana-de-açúcar quando ela cresce”, defende Maciel Filho.

Além disso, o etanol usado no processo é menos concentrado quando comparado com o etanol hidratado e anidro comercializados atualmente, uma vez que a reação depende da presença de água. Portanto, o abastecimento do tanque poderia sair por um preço menor, pois eliminaria parte dos custos envolvidos na obtenção do etanol nas especificações exigidas atualmente para os motores a combustão ou para ser misturado com a gasolina.

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“Nós estamos falando de andar com o veículo praticamente com metade da concentração de etanol que se tem hoje no posto de combustível”, diz Maciel Filho.

A pesquisa que originou a patente foi realizada entre 2009 e 2013. O invento foi protegido pelo programa Patentes Verdes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). O serviço identifica novas tecnologias voltadas para a produção de energias alternativas que possam ser rapidamente usadas pela sociedade, a fim de estimular o licenciamento e a inovação no país. A Unicamp procura, agora, parceiros comerciais para implantar a tecnologia, continuar com seu desenvolvimento para usos específicos e permitir a fabricação de reatores em escala industrial.

 

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