Projecto "move" da Empa: Das energias renováveis aos combustíveis sintéticos

Como colocar a energia solar num depósito?

O demonstrador de mobilidade "move", iniciado pela Empa e desenvolvido com outros parceiros, aborda o tema do futuro da mobilidade, que inclui tecnologias power-to-X, em particular a produção de metano sintético.

Produzidos de forma sustentável, os combustíveis sintéticos ajudam a transferir a mobilidade para as energias renováveis, a fim de cumprir os objectivos climáticos para o transporte rodoviário, de acordo com o "motor de inovação" suíço Empa. Os combustíveis sintéticos são adequados para utilização em transportes pesados e de longo curso. Juntamente com a mobilidade eléctrica e a mobilidade a hidrogénio, estes combustíveis, conhecidos como "synfuel" ou "syngas", são uma das três vias tecnológicas possíveis para a redução de CO2 no demonstrador de mobilidade "move". De acordo com a Empa, estes combustíveis "podem ser transportados através de rotas convencionais e disponibilizados através de infra-estruturas existentes, o que é interessante para a Suíça, bem como a nível mundial, porque abre um enorme potencial para as energias renováveis". Espera-se que o demonstrador de mobilidade produza 3,6 kg de metano por hora. Em comparação, o tamanho do depósito de um veículo de passageiros que funciona com gás natural (GNC) é tipicamente de 80 litros, o que equivale a 13,5 kg de GNC, ou ~20 litros de gasolina. Dependendo do tipo de veículo, isto é equivalente a uma autonomia de 50 a 200 quilómetros. Em 24 horas de funcionamento, o demonstrador de mobilidade produziria combustível para aproximadamente 2000 km. Na produção de metano sintético, o sensor de ponto de orvalho "Optidew da PST" desempenha um papel substancial.

Metanação convencional

No processo convencional, o metano (CH4) e a água (H2O) são produzidos a partir de dióxido de carbono (CO2) e hidrogénio (H2) por meio de conversão catalítica. No entanto, para atingir um grau de pureza suficiente, este processo requer várias fases de metanação sucessivas - com zonas de condensação intermédias e secagem do produto. O produto gasoso da reacção de metanação contém principalmente água e gases não reagidos, o que, de acordo com o regulamento relevante, impede que seja alimentado directamente na rede de gás; o produto deve primeiro ser purificado.

Metanação inovadora "melhorada por sorção"

A metanação inovadora em "movimento", por outro lado, pode até operar num único estágio e atinge as condições de alimentação sem purificação adicional do gás do produto. A ideia subjacente: a água de reacção é adsorvida durante o processo de metanação num suporte poroso do catalisador, nomeadamente um zeólito, ou seja, é removida do processo de reacção. Esta remoção contínua de água altera o equilíbrio da reacção para um rendimento de metano de quase 100%. De acordo com a Empa, o produto gasoso pode, portanto, ser alimentado directamente na rede de gás sem purificação adicional e usado, por exemplo, para abastecer veículos movidos a gás.

Metano a partir da energia solar

O CO2 para a metanação, bem como a água para a produção de hidrogénio, são extraídos da atmosfera directamente no local, utilizando um colector de CO2 da empresa Climeworks, spin-off do ETH. O sistema aspira o ar ambiente, deixando as moléculas de CO2 presas ao material filtrante. Utilizando calor - cerca de 100 °C - as moléculas de CO2 são depois novamente separadas do filtro. Para além do CO2, o sistema Climeworks também retira água do ar, que pode ser utilizada através de uma linha de condensação para a produção de hidrogénio no sistema de electrólise. Isto significa que tais instalações também são concebíveis para regiões sem abastecimento de água.

Otimização do sistema com Optidew 401

Nesse processo de metanação, o ponto de orvalho é determinado em diferentes pontos usando o "Optidew 401" da Rotronic, de acordo com Florian Kiefer, do Grupo de Tecnologias de Energia Veicular da Empa. "Também planeamos utilizar sensores de ponto de orvalho e de CO2 mais robustos para o controlo e regulação da instalação de metanização no nosso projecto "move-MEGA". Florian Kiefer explica que o espelho refrigerado está actualmente a ser utilizado nos testes preliminares devido à sua flexibilidade e precisão. Na fábrica, este pode e deve ser substituído por um sensor industrial (como o Michell Easidew I.S.). Este sensor pode ser seleccionado e optimizado com base nos conhecimentos adquiridos nos testes preliminares. Em princípio, existe também potencial para outros sensores na fábrica, incluindo sensores de CO2 para controlo da fábrica ou um cromatógrafo de gás para monitorizar a qualidade da alimentação. Até agora, o "Optidew401" tem sido utilizado no espelho refrigerado como substituto de um dispositivo defeituoso. Florian Kiefer enfatiza como foi simples adquirir o dispositivo inicialmente como uma unidade de empréstimo para preencher o tempo de entrega.

Nos próximos anos, Florian Kiefer considera que o desenvolvimento de soluções no domínio da produção de energia a partir de gás ou de líquidos, em conjunto com parceiros industriais, constitui um importante objectivo do grupo de investigação. Além disso, o grupo já está envolvido no desenvolvimento de tecnologias para a realização de emissões negativas, sempre com um "foco em aplicações industriais, escalabilidade e operação flexível em conjunto com energias renováveis".

Produtos PST relacionados com o projecto

Possível utilização futura

Sobre a EMPA

Como instituto de investigação interdisciplinar do Domínio ETH para a ciência e tecnologia de materiais, a Empa vê-se como uma ponte entre a investigação e a aplicação prática. Os investigadores desenvolvem soluções inovadoras para os desafios prioritários da indústria e da sociedade nas áreas de materiais e superfícies nanoestruturados e "inteligentes", energia, construção e tecnologias ambientais, eficiência de recursos, bem como tecnologias médicas e medicina personalizada. Através da transferência de tecnologia mais eficiente e directa possível, o seu objectivo é transformar os resultados da investigação dos laboratórios da Empa em inovações comercializáveis em conjunto com parceiros industriais. Desta forma, a Empa dá uma contribuição significativa para impulsionar ainda mais a força inovadora e as capacidades da economia suíça num ambiente global cada vez mais competitivo.

Sobre o Dr. Ing. Florian Kiefer

Florian Kiefer é licenciado em engenharia mecânica com especialização em energia e tecnologia de processos pela Universidade Técnica de Munique e doutorado pela Cátedra de Termodinâmica. É actualmente responsável pela industrialização de um sistema de conversão de energia em gás no âmbito do projecto Empa Future Mobility Demonstrator "move". Adquiriu experiência em engenharia de energia e de processos no Fraunhofer ISE e na Fichtner Consulting, bem como em vários projectos de engenharia na TU Munich e na Empa. Estes incluem a tecnologia de centrais térmicas, energias renováveis, tratamento de água e sistemas de reactores catalíticos.