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Title: Desenvolvimento e avaliação do uso de eletrodos porosos de níquel para produção de hidrogênio eletrolítico.
Other Titles: Development and evaluation of the use of porous nickel electrodes for electrolytic hydrogen production.
???metadata.dc.creator???: PEREIRA, Deydeby Illan dos Santos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FRANÇA, Kepler Borges.
???metadata.dc.contributor.referee1???: LABORDE , Hervé Michel.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ARAÚJO , Shirley Waleska Cavalcante.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA , Vimário Simões.
???metadata.dc.contributor.referee4???: VASCONCELOS, Antônio Carlos Sales.
Keywords: Hidrogênio;Eletrodo Poroso;Eletrólise;Hydrogen;Porous Electrodes;Electrolysis
Issue Date: 25-Sep-2019
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: PEREIRA, D. I. dos S. Desenvolvimento e avaliação do uso de eletrodos porosos de níquel para produção de hidrogênio eletrolítico. 2019. 131 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2019.
???metadata.dc.description.resumo???: As fontes não renováveis, sobretudo as de origem fóssil, compõem a maior parte da matriz energética mundial, fato que vem provocando ao meio ambiente sérios desgastes cada vez mais visíveis. Como solução, as fontes renováveis de energia ganharam notoriedade e desprendem atualmente esforços e elevados investimentos para ocuparem maior espaço na oferta de energia. O H2 apresenta-se como um grande vetor energético limpo e renovável. Por isso, pesquisas devem ser desenvolvidas para torna-lo, de fato, uma realidade energética. É neste sentido que este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema eletrolítico, composto com eletrodos porosos de níquel, visando estudar o desempenho e o balanço econômico para a produção de H2 sob diferentes potenciais elétricos e concentrações de solução eletrolítica. Com isso, foi avaliado o comportamento técnico do sistema eletrolítico na produção de H2 e identificados/interpretados os fenômenos eletroquímicos que ocorreram na eletrólise alcalina com o eletrodo poroso de níquel. Também foram realizadas análise morfológica do eletrodo estudado e análise econômica do hidrogênio produzido pelo sistema desenvolvido. O sistema composto por eletrodos porosos de níquel teve melhor desempenho funcionando com soluções eletrolíticas de KOH de baixas concentrações e potencial de 4,0 V. Nessas condições o fluxo médio de H2 produzido pelo sistema foi igual a 5,48 N.L/h para uma potência de 24,64 W e eficiências farádica, térmica e termodinâmica iguais a 61,5%; 74,0% e 78,7%, respectivamente. Estatisticamente, observou-se que apenas o potencial aplicado ao sistema eletrolítico desenvolvido tem efeito significativo na produção de H2. O sistema eletrolítico desenvolvido neste estudo consumiu 3,94 kWh para produzir 1,0 m3 de H2. Teve custo total de investimento igual a US$ 80,13. O custo da fonte de energia hidrogênio variou entre 0,79 – 0,15 US$/kWh utilizando fontes renováveis (hidráulica; solar e eólica) e para um período de operação de 4380,0 h/ano ao longo de dez anos de amortização. Os resultados demonstraram que a utilização de eletricidade renovável apresenta-se como um ponto importante para diminuir os custos do H2 e também para integrar grandes quantidades de energia renovável variável na matriz energética global, corroborando com a literatura. Os resultados também comprovam a ótima eficiência obtida com o uso dos eletrodos porosos de níquel na eletrólise.
Abstract: Non-renewable sources, especially those of fossil origin, make up the bulk of the world's energy matrix, a fact that has been causing serious environmental damage to the environment. As a solution, renewable energy sources have gained notoriety and are currently generating efforts and high investments to occupy more space in the energy supply. The H2 presents itself as a large clean and renewable energy vector. Therefore, researches must be developed to make it, in fact, an energetic reality. It is in this sense that this work had as objective to develop an electrolytic system, composed with porous nickel electrodes, aiming to study the performance and the economic balance for the production of H2 under different electrical potentials and concentrations of electrolytic solution. With that, the technical behavior of the electrolytic system in the production of H2 was evaluated and were identified/interpreted is electrochemical phenomena that occurred in the alkaline electrolysis with the porous electrode of nickel. Morphological analysis of the studied electrode and economic analysis of the hydrogen produced by the developed system were also performed. The system composed of nickel porous electrodes performed better with low concentration KOH electrolyte solutions and potential of 4.0 V. Under these conditions the average H2 flux produced by the system was equal to 5.48 NL/h for a power of 24.64 W and a faradic, thermal and thermodynamic efficiency equal to 61.5%; 74.0% and 78.7%, respectively. Statistically, it was observed that only the potential applied to the developed electrolytic system has a significant effect on H2 production. The electrolytic system developed in this study consumed 3.94 kWh to produce 1.0 m3 H2 and had a total investment cost of US $ 80.13. The cost of the source the power hydrogen varied between 0.79 – 0.15 US$/kWh using renewable sources (hydraulics, solar and wind) and for a period of operation of 4380.0 h/year over ten years of amortization. The results showed that the use of renewable electricity is an important point to reduce H2 costs and also to integrate large amounts of variable renewable energy in the global energy matrix, corroborating with the literature. The results also prove the optimum efficiency obtained with the use of nickel porous electrodes in electrolysis.
Keywords: Hidrogênio
Eletrodo Poroso
Eletrólise
Hydrogen
Porous Electrodes
Electrolysis
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/8898
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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DEYDEBY ILLAN DOS SANTOS PEREIRA - TESE (PPGEQ) 2019.pdf4.34 MBAdobe PDFView/Open


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