Banca de QUALIFICAÇÃO: FELIPE MARINHO FERNANDES

Uma banca de QUALIFICAÇÃO de DOUTORADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE : FELIPE MARINHO FERNANDES
DATA : 29/08/2023
HORA: 09:00
LOCAL: https://meet.google.com/ujz-kmyp-upo
TÍTULO:

ESTUDO DO PROCESSO DE REFORMA CATALÍTICA VIA CICLOS QUÍMICOS PARA PRODUÇÃO DE GÁS HIDROGÊNIO

PALAVRAS-CHAVES:

Reforma Catalítica, Ciclos Químicos, Óxidos de Ferro, DFT, Condições Periódicas de Contorno

PÁGINAS: 20
RESUMO:

A produção de energia é, hoje em dia, um dos grandes desafios enfrentados pela
humanidade. É necessário, nesse aspecto, conciliar, simultaneamente, a boa
eficiência energética e o maior comprometimento com a sustentabilidade
possíveis. Nesse caminho, a reforma a vapor via ciclos químicos para a produção
de hidrogênio desponta como uma excelente opção, uma vez que ela é capaz
de produzir hidrogênio em corrente pura, além de produzir, como subproduto,
uma corrente de gás carbônico aquecida, que pode ser usada como carga
térmica para manter as altas temperaturas requeridas pelas reações químicas e
evitar a formação de Nox, tal como ocorre na reforma catalítica convencional.
Para a produção do gás hidrogênio, será necessário utilizar três reatores
distintos - Fuel Reactor (FR), Steam Reactor (SR) e Air Reactor (AR) -, em que
o transportador de oxigênio irá circular, entre eles, em três diferentes estados de
oxidação: Fe2O3 à FeO à Fe3O4 à Fe2O3. Prossegue-se, assim, com a adição
do combustível à base de algum hidrocarboneto leve, como o metano, no FR,
oxidando-o a CO2 e reduzindo o catalisador a FeO, que será enviado para o
reator SR. Nesse reator, haverá a redução da água a gás hidrogênio e, então,
ocorrerá a consequente oxidação do FeO a Fe3O4. Após essa etapa, o
catalisador é enviado para o reator AR para ser regenerado a Fe2O3 e, então
regenerado, poderá realizar mais ciclos, produzindo mais gás hidrogênio. Vale
ressaltar que esse procedimento, que requer catálise, possui como fortes
candidatos, para essa função, os óxidos de metais de transição, em especial, os
de ferro, pois possuem características bastante interessantes, como: baixa
toxicidade, ampla disponibilidade, custo relativamente baixo, além de possuírem
considerável conversão (frente a outros catalisadores metálicos) e elevada
seletividade para a produção do gás hidrogênio. No entanto, apesar dessas
vantagens, a produção de hidrogênio por esse método ainda é muito menos
vantajosa que a reforma catalítica convencional, quando se avalia o ponto de
vista econômico, já que a técnica da reforma via ciclos químicos ainda apresenta
rendimentos muito inferiores. Para melhorar esse processo, buscam-se
alternativas que também possam ser exploradas, como a utilização de dopantes
como o lítio, o potássio e o sódio, além da utilização de catalisadores mistos
como o TiO2/Fe2O3, os quais prometem melhorar o rendimento da reação
química. Requer-se, pois, o melhor entendimento acerca das reações envolvidas
nesse processo, já que, na literatura, ainda há muitas divergências como, por
exemplo, as barreiras de ativação do metano se convertendo em hidrogênio,
variando de 49 a 271 kJ/mol. Há, também, a possibilidade pouco explorada da
conversão de etano, o segundo principal componente do gás natural. Portanto,
este projeto visa buscar o maior entendimento das reações envolvidas nessas
etapas cíclicas, adotando uma abordagem computacional utilizando a teoria do
funcional de densidade e o formalismo das condições periódicas de contorno.
Por isso, será necessário descrever em nível PBE os sólidos cristalinos de óxidos
de ferro (Fe2O3, FeO e Fe3O4), definindo, para eles, a malha de pontos k e a
energia cinética de corte, bem como a configuração magnética desses
compostos. Além disso, será necessário descrever todas as reações por meio
dos cálculos PBE utilizando pseudopotenciais ultrasoft, além de incluir as
correções de dispersão com o método D3BJ, todos implementados no programa
Quantum ESPRESSO (QE). Ainda, para caracterizar os mínimos de energia
potencial localizados, faz-se necessário o cálculo de fônons, por meio da rotina
implementada no QE. Ainda, pode-se conectar os reagentes aos seus produtos
por meio do interpolador CI-NEB também implementado no programa. Ainda,
para realizar tais cálculos, será necessário submeter um projeto no Laboratório
Nacional de Computação Científica, o Santos Dumont.

MEMBROS DA BANCA:
Presidente - 1220404 - CARLOS MAURICIO RABELLO DE SANT ANNA
Interno - 1475121 - MARCELO HAWRYLAK HERBST
Externo à Instituição - LEONARDO BAPTISTA - UERJ