Carro elétrico movido a etanol

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 permite a produção de hidrogênio a partir do etanol. A tecnologia patenteada na Unicamp com apoio do Inova Unicamp, Centro de Inovação Tecnológica da Universidade, pode ser carregada em veículos e até acoplada a células de combustível para alimentar carros elétricos.

A geração de hidrogênio a partir de fontes renováveis ​​é um assunto de interesse mundial na busca de soluções para reduzir a emissão de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono. O chamado hidrogênio verde é uma das apostas do setor para reduzir essas emissões. O uso energético do hidrogênio resulta em energia e água, que retorna ao meio ambiente na forma de vapor.

Alguns dos carros elétricos movidos a combustível já carregam gás pressurizado em tanques, mas as pressões de armazenamento são altas, exigindo cuidados e a montagem de uma infraestrutura, o que pode ser proibitivo em um país do tamanho do Brasil, dizem os pesquisadores.

“Nossa proposta é diferente, estamos falando da possibilidade de produzir hidrogênio embarcado em carros a partir do etanol. Esse hidrogênio pode alimentar células a combustível, possibilitando a eletrificação e reduzindo a emissão de CO2 na atmosfera de forma mais fácil e barata, utilizando tecnologia desenvolvida no país”, explica Rubens Maciel Filho, professor e pesquisador da FEQ Unicamp.

MICROREATOR DE ETANOL PARA IMPRESSÃO 3D

O microrreator é um reformador de dimensões reduzidas, através do qual se alimenta etanol de um lado e obtém-se hidrogênio do outro. Pode ser aplicado a uma série de atividades, desde a indústria farmacêutica até a indústria automotiva. Nesses dispositivos, as reações químicas ocorrem em um espaço confinado e trazem os benefícios da intensificação do processo, maximizando as transferências de calor e massa e, portanto, proporcionando altas conversões em um tempo muito curto.

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

Outra vantagem marcante da tecnologia está na forma de produção do microrreator. As placas que apresentam uma malha de microcanais são feitas por impressão 3D em dispositivos específicos de metal. A utilização da manufatura aditiva nos processos de fabricação, de acordo com a Indústria 4.0, permite a utilização de softwares de otimização de topologia e projeto.

“A impressão 3D surgiu como uma tecnologia altamente aplicável em diferentes áreas do setor industrial. Na produção de microssistemas ela é fundamental, pois o projeto das peças internas exige uma arquitetura diferenciada que os processos convencionais de fabricação, como usinagem, fundição, conformação, entre outros, dificilmente conseguem reproduzir”, comenta André Jardini, co- Supervisor. de pesquisa e atualmente é pesquisador sênior do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia da Biofabricação (BIOFABRIS).

Assim, a impressão 3D facilita a produção e também o desenvolvimento de novos protótipos, mais rapidamente, que atendem às expectativas do mercado, pois permite liberdade de construção e criação de geometrias que melhoram a eficiência do sistema. O material utilizado também é descrito como relativamente comum e disponível na indústria, evitando a extração e uso excessivo de minerais raros, sendo uma alternativa atrativa do ponto de vista da sustentabilidade. “Além disso, para a obtenção do protótipo, foram utilizadas técnicas de otimização e simulação, que permitiram um rendimento muito alto de produção de hidrogênio”, acrescenta.

Para movimentar um veículo, o hidrogênio produzido pelo reformador deve passar por uma célula de combustível que transforma o gás em eletricidade para acionar o motor. Segundo os inventores, o processo já está em escala para uso. O número de microrreatores necessários para alimentar um veículo, no entanto, dependerá das especificações do carro. Nesta proposta, para escalar até a potência que é suficiente para o veículo, o número de módulos de reação é multiplicado.

POR QUE ETANOL?

O etanol é um biocombustível produzido em larga escala no Brasil – o país é o segundo maior produtor do mundo. Portanto, já sabemos armazenar e manusear essa substância e existe uma infraestrutura nacional de produção que gera emprego e renda. “Já temos postos de abastecimento de etanol, o que torna mais viável a implantação da eletrificação com essa tecnologia”, diz Maciel Filho. Segundo o pesquisador, a solução é uma alternativa viável para o Brasil e pode ser também para outros países de dimensões continentais, como a Índia, que também é produtora de etanol.

Reduzir a emissão de poluentes é outra vantagem. Embora a reforma do etanol para obtenção de hidrogênio possa gerar uma quantidade de carbono no processo, essa emissão pode ser zero quando considerada toda a cadeia agroindustrial. “Esse carbono não vem de fonte fóssil, como é o caso do hidrogênio produzido a partir do gás natural. É um processo reversível, pois esse carbono é capturado pela cana quando ela cresce”, defende Maciel Filho.

O etanol utilizado no processo é ainda menos concentrado, se comparado ao etanol hidratado e anidro comercializados atualmente, pois a reação depende da presença de água. Portanto, o fornecimento poderia ser mais barato, pois eliminaria os custos de energia para obter o etanol nas especificações dos motores de combustão ou para ser misturado à gasolina. “Estamos falando de dirigir o veículo, praticamente, com metade da concentração de etanol que você tem hoje no posto”, diz Maciel Filho.

PATENTE VERDE

O microrreator fechado é retangular com válvulas de entrada e saída nas extremidades e possui doze parafusos que fecham o sistema. Está em uma superfície azul. Fim da descrição.
Microrreator para produção de hidrogênio a partir do etanol foi patenteado em um programa de incentivo à inovação em energias alternativas.

A pesquisa que deu origem à patente foi realizada entre 2009 e 2013. A invenção da Unicamp foi protegida pelo programa Patentes Verdes do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). O serviço identifica novas tecnologias, voltadas à produção de energias alternativas que possam ser rapidamente utilizadas pela sociedade, para estimular o licenciamento e a inovação no país. A Universidade está agora à procura de parceiros comerciais para implantar a tecnologia, continuar seu desenvolvimento para aplicações específicas e permitir a fabricação de reatores em escala industrial.

“A utilização da impressão 3D com diferentes tecnologias e materiais permite materializar ideias e projetos inovadores em objetos reais que devem, numa fase inicial, na concepção dos protótipos, passar por testes de validação”, salienta André Jardini. Segundo a equipe, no estágio em que se encontra, as empresas do setor já podem ter interesse em acelerar o processo de testes e adaptações para aplicações nas potências especificadas.

“Depois, a mesma tecnologia de impressão 3D pode ser utilizada na parte produtiva da fabricação, otimizando diferentes etapas do processo e reduzindo custos de produção, além, é claro, de minimizar o desperdício de material, pois atua como um processo aditivo e não subtrativo” , termina. A transferência de tecnologia por meio de licenciamento é feita com o apoio da Agência de Inovação da Unicamp e os pesquisadores participam ativamente do processo.