DESEMPENHO DE REATOR ANAERÓBIO DE LEITO

INTRODUÇÃO A PRODUÇÃO
BIOLÓGICA DE HIDROGÊNIO
Prof. Eduardo Lucena Cavalcante de Amorim
2
INTRODUÇÃO
!
80% da energia global - combustíveis
fósseis (Das e Verziroglu, 2001);
!
Degradação ambiental;
!
!
Fonte alternativa - Hidrogênio;
Produção biológica de hidrogênio.
Das D., Verziroglu T. N. (2001). Hydrogen production by biological process: a survey of literature. International Journal of Hydrogen Energy, 26, 13-28.
3
INTRODUÇÃO – cont.
1
Por que Hidrogênio?
Fonte Renovável de Energia;
2
3
4
5
Não é tóxico, corrosivo ou cancerígeno;
Embora seja inflamável, tem rápida dispersão e alto coeficiente de
difusão;
Possui quantidade de energia por unidade de massa maior que qualquer
outro combustível conhecido (120,7 kJ/g), cerca de três vezes mais que o
petróleo em seu estado líquido;
Seu uso em Células à Combustível produz apenas energia e água.
4
INTRODUÇÃO – cont.
Fabricação de Amônia;
Aplicações
Hidrogenação de Gorduras
Vegetais;
Gás de maçarico para soldas a alta
temperatura;
Produção de Combustível para
foguetes espaciais;
Célula combustível;
Produção de ácidos;
5
INTRODUÇÃO – cont.
O Hidrogênio, elemento químico mais simples e mais
abundante do universo, apresenta-se de forma combinada,
como:
Hidretos
Água
Ácido
Base
Compostos
orgânicos
6
INTRODUÇÃO – cont.
O ideal seria obter hidrogênio “limpo”, sem produção
prévia de eletricidade nem desprendimento de gases de
efeito estufa.
7
REVISÃO
Métodos de Produção
O hidrogênio pode ser obtido a partir de:
•Craqueamento Térmico de Gás Natural;
•Eletrólise da•Oxidação
Água;
•Combustíveis fósseis;
Parcial de Hidrocarbonetos
•Água;
•Processos Biológicos.
Pesados;
•Fotólise da Água;
•Fermentação
de Compostos
•Gaseificação
do Carvão; Orgânicos;
•Eletrólise do Vapor;
•Biofotólise
Água; de Gás Natural.
•ReformadaCatalítica
•Decomposição Termoquímica da Água;
•Fotodecomposição de Compostos
•ProcessoOrgânicos;
Fotoeletroquímico.
•Sistemas Híbridos (Otimização).
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REVISÃO – cont.
Métodos Biológicos
Fotossíntese
Fermentação
Algas Verdes e
Cianobactérias
Biofotólise
Bactérias
Fotossintetizantes
Fotodecomposição
de Compostos
Orgânicos
Bactérias
Fermentativas
Fermentação
de Compostos
Orgânicos
Sistemas Híbridos
Bactérias Fermentativas +
Fotossintetizantes
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REVISÃO – cont.
Por que a fermentação?

Substrato – ampla variedade de fontes de carbono, como
glicose, sacarose, amido, xilose, etc;
Pode produzir H2 – o dia todo (não necessita de iluminação);
Produz metabólitos secundários – grande valor agregado.
10
REVISÃO – cont.
11
REVISÃO – cont.
Condições para a Produção de H2
Matéria orgânica
Bactérias fermentativas
CO2 + H2 + H2S
Ácidos Orgânicos
Metanogênicas
Acetoclásticas
CH4
Metanogênicas
hidrogenotróficas
12
REVISÃO – cont.

Parâmetros que influenciam na produção de hidrogênio:
pH - Inibe produção de CH4 e H2S (em torno de 5,5) - A velocidade de
produção de hidrogênio e a ação de microrganismos hidrogenetróficos (ex.
metanogênicos, redutores de sulfato) podem ser influenciadas pelo pH (pH
ótimo = 5,5);
Temperatura - temperaturas mais elevadas contribuem para acelerar a
atividade de bactérias produtoras de hidrogênio, o que não ocorreu de
forma tão pronunciada para microrganismos consumidores de hidrogênio,
hidrogenotróficos;
Tempo de detenção hidráulica (TDH) - para diferentes suportes e
configurações de reator o TDH ótimo para produção de H2 pode variar;
Meio suporte e configuração de reator - seleção de microrganismos.
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INTRODUÇÃO – cont.
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Por que Hidrogênio?
Fonte Renovável de Energia;
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Não é tóxico, corrosivo ou cancerígeno;
Embora seja inflamável, tem rápida dispersão e alto coeficiente de
difusão;
Possui quantidade de energia por unidade de massa maior que qualquer
outro combustível conhecido (120,7 kJ/g), cerca de três vezes mais que o
petróleo em seu estado líquido;
Seu uso em Células à Combustível produz apenas energia e água.
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INTRODUÇÃO – cont.
Fabricação de Amônia;
Aplicações
Hidrogenação de Gorduras
Vegetais;
Gás de maçarico para soldas a alta
temperatura;
Produção de Combustível para
foguetes espaciais;
Célula combustível;
Produção de ácidos;
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INTRODUÇÃO – cont.
O Hidrogênio, elemento químico mais simples e mais
abundante do universo, apresenta-se de forma combinada,
como:
Hidretos
Água
Ácido
Base
Compostos
orgânicos
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INTRODUÇÃO – cont.
O ideal seria obter hidrogênio “limpo”, sem produção
prévia de eletricidade nem desprendimento de gases de
efeito estufa.
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REVISÃO
Métodos de Produção
O hidrogênio pode ser obtido a partir de:
•Craqueamento Térmico de Gás Natural;
•Eletrólise da•Oxidação
Água;
•Combustíveis fósseis;
Parcial de Hidrocarbonetos
•Água;
•Processos Biológicos.
Pesados;
•Fotólise da Água;
•Fermentação
de Compostos
•Gaseificação
do Carvão; Orgânicos;
•Eletrólise do Vapor;
•Biofotólise
Água; de Gás Natural.
•ReformadaCatalítica
•Decomposição Termoquímica da Água;
•Fotodecomposição de Compostos
•ProcessoOrgânicos;
Fotoeletroquímico.
•Sistemas Híbridos (Otimização).
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REVISÃO – cont.
Métodos Biológicos
Fotossíntese
Fermentação
Algas Verdes e
Cianobactérias
Biofotólise
Bactérias
Fotossintetizantes
Fotodecomposição
de Compostos
Orgânicos
Bactérias
Fermentativas
Fermentação
de Compostos
Orgânicos
Sistemas Híbridos
Bactérias Fermentativas +
Fotossintetizantes
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REVISÃO – cont.
Por que a fermentação?

Substrato – ampla variedade de fontes de carbono, como
glicose, sacarose, amido, xilose, etc;
Pode produzir H2 – o dia todo (não necessita de iluminação);
Produz metabólitos secundários – grande valor agregado.
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REVISÃO – cont.
Condições para a Produção de H2
Matéria orgânica
Bactérias fermentativas
CO2 + H2 + H2S
Ácidos Orgânicos
Metanogênicas
Acetoclásticas
CH4
Metanogênicas
hidrogenotróficas
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REVISÃO – cont.

Parâmetros que influenciam na produção de hidrogênio:
pH - Inibe produção de CH4 e H2S (em torno de 5,5) - A velocidade de
produção de hidrogênio e a ação de microrganismos hidrogenetróficos (ex.
metanogênicos, redutores de sulfato) podem ser influenciadas pelo pH (pH
ótimo = 5,5);
Temperatura - temperaturas mais elevadas contribuem para acelerar a
atividade de bactérias produtoras de hidrogênio, o que não ocorreu de
forma tão pronunciada para microrganismos consumidores de hidrogênio,
hidrogenotróficos;
Tempo de detenção hidráulica (TDH) - para diferentes suportes e
configurações de reator o TDH ótimo para produção de H2 pode variar;
Meio suporte e configuração de reator - seleção de microrganismos.
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REVISÃO – cont.

ROTAS:
Produção do ácido acético:
C6 H12O6  2H 2O  2CH3COOH  2CO2  4H 2
G  215,69 kJ mol
Produção do ácido butírico:
C6 H12O6  2H 2O  CH3CH 2CH 2COOH  2CO2  2H 2
G  257,1kJ mol
Produção do ácido propiônico:
C6 H12O6  2H 2
 2CH3CH 2COOH  2H 2O
Produção do etanol:
C6 H12O6  2CH 3CH 2OH  2CO2
G  358 kJ mol
G  235 kJ mol
C6 H12O6  H 2O  C2 H5OH  CH 3COOH  2H 2  2CO2
G  201kJ / mol
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REVISÃO – cont.
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25
26
INTRODUÇÃO
Utilização do hidrogênio como fonte de energia
27
INTRODUÇÃO
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DESAFIOS
•Armazenamento;
•Produção;
•Conversão.
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DESAFIOS
Os principais sistemas de armazenagem de
hidrogênio são:
• Reservatórios de gás comprimido
• Reservatórios para hidrogênio líquido
• Hidretos metálicos (alta e baixa
temperatura)
• Absorção de gás em sólidos
• Microesferas
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DESAFIOS
Reservatório de gás
comprimido
Reservatório para
hidrogênio liquido
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Hidretos metálicos
VANTAGENS DO HIDROGÊNIO
• Veículos movidos a hidrogênio não terão motor a combustão. Os
motores serão elétricos, o que evitará a poluição do meio ambiente.
• O processo de geração de energia é descentralizado. Não será
necessário construir hidroelétricas gigantescas. O hidrogênio pode
ser produzido a partir de várias fontes: água, combustíveis fósseis e
biomassa. Essa produção pode ainda ser feita com o aproveitamento
da energia solar ou eólica.
• Fonte renovável, inesgotável e não poluente. A produção de energia
pode ser realizada em qualquer lugar.
• A geração de energia por meio de pilhas a combustível é pelo menos
duas vezes mais eficaz do que a obtida pelos processos tradicionais.32
VANTAGENS DO HIDROGÊNIO
•1
kg
de
hidrogênio
possui
aproximadamente a mesma energia
que:
• 3,5 litros de petróleo ou
• 2,1 kg de gás natural ou
• 2,8 kg de gasolina.
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VANTAGENS DO HIDROGÊNIO
Serão utilizados resíduos que serão transformados
em subprodutos com alto valor agregado (hidrogênio e
ácidos orgânicos), além do seu reaproveitamento. O
hidrogênio serve para separar ou purificar materiais na
indústria química, na de alimentos, remédios, aços,
resinas, explosivos, petrolífera, siderúrgica etc. O valor
médio da tonelada gira em torno de US$2.500,00.[1]
Considerando os dados obtidos na safra 2010/2011,
Alagoas poderia produzir, somente a partir da vinhaça,
entre US$22.010.000 e US$30.814.000 em hidrogênio.
[1]
Artigo BIODIESELBR. Fonte: http://www.biodieselbr.com/noticias/biodiesel/diferenca-hbio-biodiesel-04-07-06.htm
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11
MYTHBUSTERS
VERDADE OU MENTIRA?
MENTIRA
PRODUÇÃO DE ENERGIA
• Considerando uma casa de farinha de
pequeno porte – 2500 L/d (manipueira);
• Considerando um automóvel que necessite
de 4 kg de H2 para ter autonomia de 300
kg;
• Teríamos um reator de 1000 L – produziria
em 1 dia – energia para 1, carro (390 km);
• 3 t de mandioca – seria necessária.
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