Desenvolvimento de célula a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária a etanol direto com camada catalítica à base de céria

Abstract

As células a combustível de óxidos sólidos (SOFC) apresentam diversas vantagens com relação a dispositivos tradicionais geradores de energia, inclusive se comparadas a outros tipos de célula a combustível. Entre as principais características das SOFC destacam-se: elevada eficiência de conversão, descentralização da produção de energia, possibilidade de uso de combustíveis diversos como gás natural e etanol - que são estratégicos para Brasil - e a baixa emissão de poluentes. Entretanto, existem várias barreiras a serem superadas para a difusão dessa tecnologia. Entre elas, a alta temperatura de operação da célula - que resulta em vários problemas para montagem e operação de um sistema de potência elevando o custo do sistema - e a desativação da célula devido à deposição de carbono na superfície do anodo de níquel quando a célula é alimentada com hidrocarbonetos. Muitas pesquisas têm buscado superar estes problemas garantindo a estabilidade da SOFC. A estratégia escolhida para se tentar solucionar esse problema é a utilização de componentes anódicos ativos para reforma catalítica do combustível, associado a um processo de reforma interna do combustível, fornecendo H2 e CO, passíveis de oxidação eletroquímica. Desta maneira, este trabalho de doutoramento aborda estes dois aspectos: (I) baixar a temperatura de operação da célula para temperaturas intermediárias, ou seja, de 850 °C para 600 °C e (II) utilização direta do etanol como combustível pelo processo de reforma interna. São apresentados os resultados de testes de células operando com etanol direto em alta temperatura e resultados de células suportadas no anodo com camadas catalíticas - sem a presença de metais preciosos - operando com etanol direto em temperaturas intermediárias. São descritos os procedimentos para fabricação da célula suportada no eletrólito e para preparação e aplicação das suspensões utilizadas nas diferentes camadas da célula. Também são descritos os sistemas utilizados nos testes de célula. Como principal resultado, obteve-se a estabilização da corrente de saída da célula vii operando com etanol direto tanto a 850 °C quanto a 700 °C sem adição de água ao combustível.