Análise energética, exergética e ecológica da incorporação da produção de hidrogênio ao setor sucroalcooleiro

Abstract

O hidrogênio se mostra como uma boa opção de combustível para meios de transporte terrestres. O grande desafio para tornar isto uma realidade é reduzir o custo de produção, armazenamento e transporte do mesmo, o que pode tornar o seu uso viável no futuro. Este trabalho estuda a incorporação do processo de reforma a vapor de etanol para a produção de hidrogênio em uma usina sucroalcooleira típica do Brasil. Inicialmente são abordados os processos necessários para transformar cana-de-açúcar em açúcar e etanol, e uma breve introdução sobre o funcionamento do processo de reforma. Logo após, realiza-se a análise energética do processo. Considera-se inicialmente a usina em sua forma original e depois incorporando a produção de hidrogênio. Em outra etapa efetua-se a análise exergética do sistema, de onde se observa que a maior irreversibilidade está associada a caldeira que supre o processo da usina sucroalcooleira. Posteriormente efetua-se a análise ecológica, onde se consideram dois 8 cenários. Um onde o ciclo de carbono é considerado (fotossíntese) e outro onde este efeito não é considerado. Conclui-se que a produção de hidrogênio por reforma vapor de etanol é uma alternativa viável sob o ponto de vista técnico e ambiental, e pode ser incorporado ao setor sucroalcooleiro do Brasil

Hydrogen could be a good choice of fuel for transportation. The great challenge to make this a reality is to reduce the cost of production, storage and transportation costs. This work studies the incorporation of the process of ethanol steam reforming for hydrogen production in a typical sugarcane mill. Initially the processes needed to turn sugar cane into sugar and ethanol is discussed, and a brief introduction on the operation of the reform process is made. Thereafter, the energetic analysis for the process is performed. It is initially considered the plant in its original form and then with the incorporation of hydrogen production. In another step, the exergy analysis of the system is carried out, which shows that the largest irreversibility is related to the boiler of the sugarcane mill. Subsequently, the ecological analysis is performed, where two scenarios are considered. For the first cycle, the carbon cycle is taken into account (photosynthesis) and for the other one this effect is not considered. The best ecological efficiency is obtained when producing hydrogen and the carbon cycle is considered. 10 It is concluded that hydrogen production by steam reforming of ethanol is a viable alternative from the technical and environmental point of view, and can be incorporated into the sugar and alcohol sector in Brazil