Engenharia Química 6 by avawise design

n.º 6 . Abril/Maio/Junho 2007 . Periodicidade Trimestral . 7,50

dossier energia integração energética de processos produção de electricidade com base em biomassa a economia do hidrogénio células de combustível alimentadas a metanol

estimativa da concentração de poluentes gasosos

processos oxigénio utilizado no branqueamento de celulose

prevenção e controlo da poluição

FICHA TÉCNICA Director Eugénio C. Ferreira ecferreira@deb.uminho.pt Directora Executiva Carla Santos Silva c.silva@publindustria.pt Conselho Científico António Salvador Pinheiro (Galp), João A. A. Lourenço (INETI), João Bordado (UTL) João Goulão Crespo (UNL), José António Magalhães (Quimitécnica Ambiente), José Ataíde (Portucel), José Cruz Pinto (UA), Margarida Figueiredo (UC), Rogério Pratas (CIRES), Sebastião Feyo de Azevedo (UP) Redacção Joaquina Marques j.marques@publindustria.pt Design Jorge Pereira, em colaboração com Publindústria, Lda. jorge@publindustria.pt Consultoria Comercial | Publicidade Vera Oliveira v.oliveira@publindustria.pt

editorial a alternativa energética

notícias

coluna de legislação e normas

mercado

artigo técnico-comercial redução do consumo energético com accionamentos de elevado rendimento

Marketing Rui Santos marketing@publindustria.pt Assinaturas livraria@publindustria.pt Edição | Propriedade | Administração Publindústria, Edições Técnicas Praça da Corujeira, 38 - 4300-144 Porto - Portugal Tel. +351 225 899 620 - Fax +351 225 899 629 geral@publindustria.pt - www.publindustria.pt

26 34 42 48

Impressão Publindústria, Artes Gráficas Publicação Periódica Registo no ICS n.º 124755

dossier: energia integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica a economia do hidrogénio: principais barreiras a ultrapassar células de combustível alimentadas a metanol: conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações

artigo técnico métodos expeditos de estimativa da concentração de poluentes gasosos no interior de edifícios oxigénio utilizado no branqueamento de celulose

estante | internet

eventos calendário de feiras e formação

ISSN 1646-284X Depósito Legal 230523/05 Tiragem 3000 exemplares Os artigos inseridos são da exclusiva responsabilidade dos seus autores. Fotografia da Capa Adelino Oliveira EDP - Energias de Portugal © 2006

1_eq

2_eq

PUB

editorial

a alternativa energética

Eugénio Campos Ferreira

A economia mundial é baseada na dependência do óleo negro. O consumo crescente de petróleo tem contribuído para uma tripla ameaça: económica, geopolítica e ambiental. A necessidade premente de encontrar novas alternativas à economia do petróleo está na ordem do dia. A presente edição da Engenharia Química é dedicada ao tema da Energia. A procura de alternativas de produção energética, assim como o aumento da eficiência na sua utilização, constituem-se como importantes contributos da Engenharia Química. Estes contributos permitirão reduzir a ameaça dos problemas ambientais associados à poluição atmosférica, ao efeito de estufa e ao aquecimento global, procurando responder à crescente procura energética a nível mundial. Os artigos técnico-científicos deste 6º “A procura de alternativas número ilustram algumas perspectivas e contributos da Engenharia Química para de produção energética, o vector energético: um trabalho sobre a assim como o aumento da importância crescente da nova economia de hidrogénio aborda questões ligadas à sua eficiência na sua utilização, produção, armazenamento e distribuição; constituem-se como o desenvolvimento e aplicação de células de combustível alimentadas a metanol; a importantes contributos da utilização de metodologias de Integração Engenharia Química.” de Processos na optimização energética de unidades industriais com um caso de estudo de reconversão de uma empresa portuguesa do sector da Madeira que favoreceu a substituição do thick fuelóleo por biomassa florestal; e um 4º artigo que compara o aproveitamento energético da biomassa lenho-celulósica por gaseificação e pirólise integradas em centrais de ciclo combinado versus combustão directa de biomassa em termos tecnológicos, de eficiência energética e de ganhos ambientais. A coluna do Prof. João Coutinho é também dedicada à economia (para além) do petróleo. A revista dedica ainda espaço para dois artigos fora do dossier “Energia”, procurando dar seguimento à publicação de trabalhos que não se enquadram no planeamento de números temáticos previstos para o corrente ano, que serão dedicados aos temas “Biotecnologia”, “Gestão da Produção, Logística e Automação” e “Plásticos e Polímeros”. Aqui ficam as nossas propostas de leitura, acreditando no vosso interesse e crescente adesão. O Director Eugénio Campos Ferreira

3_eq

coluna [ para além do petróleo ]

para além do petróleo João Araújo Pereira Coutinho CICECO, Departamento de Química da Universidade de Aveiro

Mais do que a energia foi o petróleo e a mística que a rodeavam que sempre me fascinou. Naquele final de século em que cresci, sendo a energia nuclear um anátema e as renováveis não mais que uma utopia, energia e petróleo confundiam-se ainda que este não se esgotasse naquela deixando lugar a uma enorme indústria petroquímica que, com a refinação, era o paradigma da Engenharia Química. Vejam-se a esse propósito as magníficas fotos escolhidas pelo Jorge Calado para ilustrar o tema na exposição INGenuidades que ele preparou e que está patente na Gulbenkian em Lisboa.

João A. P. Coutinho é Engenheiro Químico licenciado pela FEUP e doutorado pela Universidade Técnica da Dinamarca. Tem desenvolvido investigação na área da Termodinâmica Aplicada e em Biotecnologia, liderando um grupo de investigação nestes domínios. É actualmente Professor Associado no Departamento de Química da Universidade de Aveiro desenvolvendo funções docentes na licenciatura em Engenharia Química desta Universidade.

Deixando-me embalar pelo sonho, fiz um doutoramento nesta área que me arrastou até à Dinamarca primeiro, e depois ao Instituto Francês do Petróleo, em Paris, o que me deu a oportunidade de entrar neste mundo maravilhoso e de partilhar existências e experiências com colegas dispersos por todo o lado, que uma das coisas mais fascinantes do petróleo é o quanto ele faz o mundo pequeno. De súbito aquela pessoa com quem partilhávamos o gabinete ontem está hoje numa plataforma no Mar do Norte, no golfo da Guiné ou no Alaska, e descobrimo-nos a trabalhar em rede com o mundo com um colaborador no Cenpes no Rio de Janeiro, outro em Houston, que nos envia amostras de petróleo da Tailândia, um terceiro em Londres, e mais um estudante que se partilha com um laboratório Francês e um contacto da Líbia, ou da Polinésia, uma empresa do Canadá que quer a nossa ajuda, e uma petrolífera espanhola que necessita de uma consultoria... Creio que perceberão o porquê, de envolvido neste redemoinho de actividades, nunca ter tido tempo de atender aos profetas da desgraça que profetizavam o fim do petróleo já ali ao virar da esquina... E tanto escutamos berrar ‘vem o lobo’ que acabamos por ignorar que de facto um lobo existia e que acabaria por chegar... À mesa, em encontros com colegas, ainda vejo alguns dos mais velhos olhar desconfiados para a actual situação e duvidar não apenas que o ‘lobo’ venha aí mas, aparentemente, que ele exista, mas creio que não há dúvidas, desta vez é a sério, o fim do petróleo é uma realidade não mítica mas concreta que nos entra pelo bolso dentro... Mas entendamo-nos... Do que falamos quando falamos do fim do petróleo não é exactamente o esgotamento completo das reservas de hidrocarbonetos no mundo. O que queremos dizer quando falamos do fim do petróleo é o fim do petróleo convencional tal como o conhecemos e como fonte de energia e matérias-primas baratas. Aquele líquido escuro e viscoso que brota das entranhas da Terra e que mais que o seu sangue é o sangue desta civilização ocidental em que vivemos e que, extraído a custos da ordem dos $10/bbl chegando às nossas refinarias, vindo de todo o mundo, a preços inferiores a $20/bbl, não está em vias de extinção, já desapareceu de todo. Até finais dos anos 90 as crises petrolíferas eram de ordem política e não de oferta, hoje a situação é completamente diversa. Os custos altos e sustentados do barril resultam de um balanço de procura e oferta que se vai inclinando cada vez mais para aquela em detrimento desta com os resultados que as

4_eq

mais básicas teorias económicas explicam com facilidade. Mas isto não é o fim dos hidrocarbonetos. De facto em reservas não convencionais temos desde logo o gás natural, que há um par de décadas era visto como um subproduto que muitas explorações se limitavam a queimar à saída do jazigo, os petróleos pesados e os ultrapesados como as areias ou xistos betuminosos, dos quais o Canadá e a Venezuela possuem reservas gigantescas, e ainda os depósitos disseminados de clatratos (hidratos) de metano. Uma espécie de gelo impregnado de gás com reservas estimadas que raiam o fabuloso... A visão optimista é que estas reservas não convencionais ainda nos poderão sustentar por muito tempo. A visão realista é que dificilmente desenvolveremos tecnologias capazes de utilizar a maioria destas reservas em tempo útil e a custos aceitáveis. Porque no fim tudo se resume a isto, mais do que o fim do petróleo é o fim do petróleo bom e barato. Que o petróleo é um bem escasso e que está a atingir o seu limite parece ser um facto que já passou do domínio dos ‘whistleblowers’ para o dos políticos e gestores. É absolutamente essencial recordar aqui M. King Hubbert, um geofísico americano que em 1956 fez o primeiro estudo sério sobre a curva

de produção de uma região produtora, no caso os EUA. O seu estudo previa um pico de produção para o início dos anos 70 seguido de um lento declínio durante cerca de 50 anos mais. Esta previsão provou ser correcta e levou nos anos 90 a alguns estudos que, aplicando a metodologia de Hubbert às reservas mundiais, estimam o seu pico de produção algures entre os anos de 2005 e 2015 seguido de um lento declínio de produção de mais algumas décadas como se mostra na Figura 1 (www.princeton.edu/ hubbert/ e www.peakoil.net). Uma dos mais interessantes trabalhos sobre o assunto tem já uma década e é obra de C.J. Campbell da Petroconsultants e que viria mais tarde a fundar a ASPO. Numa obra que vai das memórias de uma vida ligada ao petróleo a uma monografia científica sobre a sua origem e exploração apresenta-nos a crise petrolífera que se aproximava. Se na época do petróleo a menos de $20 falar de crise poderia ser considerado algo visionário ou irrealista a uma década de distância acho notável a forma como a previsão do comportamento dos mercados e das petrolíferas e estados produtores se tem concretizado nestes últimos anos. O aumento da procura face à oferta disponível ou percepcionada leva ao aumento dos preços com fortes flutuações; a necessidade de controlar as limitadas reservas existentes a que haja vagas de nacionalizações da produção nos países produtores em que tal ainda não aconteceu; no mesmo sentido vai a aquisição das pequenas companhias petrolíferas detentoras de direitos de exploração pelas grandes empresas; e as empresas petrolíferas começam finalmente a diversificar as suas áreas de investimento, o que era há poucos anos era de todo impensável. Pois se todos estes sinais estão já aí, o que nos poderia levar a algum pessimismo face ao futuro, os sinais positivos, mesmo se ainda ténues, são encorajadores. Aparentemente as grandes empresas petrolíferas e os governos de muitos países perceberam a dimensão do problema e preparam-se para ele. As grandes (e pequenas) petrolíferas deixam de o ser exclusivamente para passarem a ser empresas de energia. A forma como a BP assume a transformação do seu logotipo em Beyond Petroleum é apenas a face mais evidente de um movimento que alastra a todas as supermajors. À nossa escala vemos a Galp tornar-se Galp Energia e assistimos com entusiasmo não apenas à sua estratégia de desenvolver reservas, que serão vitais para o país no futuro, através de parcerias nas duas margens do Atlântico Sul que estão já a dar resultados, bem assim como a um renovar dos esforços de prospecção na nossa margem. Mas mais que isto encantam-me no jornal de hoje às declarações do seu CEO no sentido de a Galp se focalizar na produção de biocombustíveis de segunda geração, biomassa, fotovoltáicas, hídricas, eólicas... Enfim tudo o que seja fonte de energia. Mas são também as apostas do governo Sócrates na

Figura 1 Produção de hidrocarbonetos no mundo

5_eq

coluna [ para além do petróleo ]

mudança da política energética do país com a aposta nas renováveis e no regresso à hídrica que se encontra subexplorada; e é o roteiro do Presidente da República em apoio das iniciativas de investigação e desenvolvimento empresariais neste domínio; e mais importante que todas estas, pois que com o suporte da Comissão Europeia se tornarão por certo mais do que declarações sem consistência, foram os resultados do Conselho Europeu da primavera que deu luz verde às propostas de Durão Barroso rumo a um futuro alternativo para a energia na Europa, com propostas exequíveis e sem atitudes politicamente correctas que tenderiam a deixar de lado opções importantes como o nuclear. Ainda assim como estamos longe dos esforços da Suécia que no mesmo período de tempo apostou tornar-se livre da dependência do petróleo (http://www.sweden.gov. se/sb/d/2031/a/67096). O primeiro passo para a resolução de um problema é perceber a sua existência. Creio que os sinais que nos vêm das empresas e da classe política são animadores, espero com este artigo contribuir para deixar clara a existência do problema bem assim como a minha perspectiva optimista em relação a ele. Não sejamos no entanto ingénuos. A dimensão da tarefa à nossa frente, que se traduz numa substituição da fonte de energia primária sobre a qual assenta a nossa sociedade, é gigantesca e nenhuma opção poderá ser descartada neste momento. O trabalho de M. K. Hubbert sobre o pico de produção de petróleo nos EUA chamava-se ‘Nuclear Energy and the Fossil Fuels’ e visava alertar para a importância desta forma de energia no futuro. À medida que atravessamos o pico de Hubbert mundial o alerta mantém-se válido. Note-se também que uma mudança de paradigma energético vai obrigar a uma mudança de paradigma civilizacional, ou pelo menos comportamental. Não há opção energética para um mundo de sobreconsumidores, a solução passa também necessariamente pela redução dos nossos consumos. E num artigo sobre energia eu pararia aqui mas num artigo para Engenheiros Químicos não posso deixar de ir um pouco mais além pois que o petróleo além de energia é uma fabulosa fonte de matérias-primas essenciais. É certo que tecnicamente poderíamos ser independentes do petróleo utilizando tecnologias do tipo GTL (Gas-to-Liquid) ou BTL (Biomass-to-Liquid) como estão a fazer bom número de empresas petrolíferas ou de energia, mesmo em países produtores como o Brasil ou os EUA, antecipando o futuro, ou como durante tantos anos fez a África do Sul. A questão não é técnica mas económica e o aumento do preço do petróleo e a sua menor disponibilidade impactará não apenas no domínio das energias mas naturalmente também na Indústria Química de base que dele está dependente a nível das matérias-primas. A globalização e os movimentos de deslocalização desta indústria, de que tive ocasião de falar num dos artigos anteriores, acentuam-se com um acesso diferenciado às matérias-primas entre países produtores e consumidores. Tenhamos consciência que estas mudanças que este ciclo descendente de produção do petróleo acarreta não se esgotam a nível da energia e que terão repercussões importantes na indústria química a múltiplos níveis que importa acautelar desde já.

PS. Para agradecer a todos os leitores que me deram as traduções dos termos “commodities” (produtos químicos de base) e “speciality chemicals” (especialidades químicas) que despudoradamente usei no meu artigo anterior. Já agora, quer como fonte de terminologia portuguesa para estes tópicos quer como fonte de reflexão mais alargada não posso deixar de sugerir um livro que entretanto tive o prazer de estudar que é “As indústrias químicas em Portugal. Perspectivas para o sec XXI” de F.R. Ribeiro e C.P. Nunes na Escolar Editora. Tomar consciência do problema é o primeiro passo para a sua resolução e o retrato que aqui é traçado da realidade da IQ nacional é fundamental para desenharmos o seu futuro numa época de mudanças inevitáveis.

6_eq

notícias

Universidade do Minho lança Centro de Excelência para a Bio-Energia A Universidade do Minho constituiu um Centro para a investigação, desenvolvimento e inovação na área da produção de energia a partir de materiais e resíduos de natureza orgânica com potencial energético, o CEBio. Pretende-se através deste centro realizar diversos projectos, no domínio da investigação e da aplicação de resultados, por forma a valorizar o potencial energético do país. Os produtos bio-energéticos incluem biomassa, biocombustíveis e biogás. Estes podem ser obtidos a partir de culturas energéticas (para fabrico de biodiesel e bioetanol) ou de um largo conjunto de resíduos para os quais se pretende dar um contributo importante, na direcção da sua valorização. Neste grupo incluem-se os resíduos de origem florestal, de agropecuária, de indústria alimentar e do tratamento de efluentes domésticos e industriais. O CEBio promoverá estudos e projectos de investigação e transferência de tecnologia e terá também como missão sensibilizar a sociedade para esta problemática. Para além disso, o aumento da utilização de determinados resíduos diminuirá significativamente alguns riscos ambientais, como é o caso dos incêndios florestais. O projecto conta com diversos parceiros, nomeadamente a Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, a AMAVE – Associação de Municípios do Vale do Ave, o CVR – Centro para a Valorização de Resíduos, a TecMinho, várias Câmaras Municipais, o CCG – Centro de Computação Gráfica, o INETI, o INIAP – Instituto Nacional de Investigação de Agricultura e Pescas, o Instituto RAIZ e mais de uma dezena de empresas nacionais e estrangeiras e outras associações que operam no sector.

www.uminho.pt

Repsol investe em complexo português O Presidente Executivo da Repsol YPF, Antonio Brufau, acompanhado pelo Director Geral de Downstream, Pedro Fernández Frial, apresentaram o projecto de crescimento previsto pela Companhia para o Complexo Petroquímico de Sines, representando um investimento de mais de 600 milhões de euros. Este projecto contempla a construção, no actual complexo, de três novas fábricas, uma de energia eléctrica e duas de novos produtos plásticos (polietileno linear e polipropileno), assim como a ampliação em mais de 40% do cracker actualmente em funcionamento, que atingirá as 570.000 toneladas/ano. Com este investimento o complexo duplicará a sua produção actual e alcançará uma capacidade de produção de olefinas de quase um milhão de toneladas e de um volume similar de poliolefinas. Com este investimento conseguir-se-á a integração total do Complexo de Sines, no que se refere ao consumo de matérias-primas (etileno, propileno), bem como optimizar os custos, complementar a gama de produtos e aumentar a produção dos de maior valor acrescentado. Desta forma, a Sines aumentará a sua eficiência convertendo-se num dos complexos tecnologicamente mais avançados da indústria petroquímica europeia. Segundo Antonio Brufau este investimento é importante “por se tratar de um projecto muito competitivo a nível internacional e muito benéfico para Portugal, já que, para além de aproveitar grande parte das infraestructuras existentes na área, até agora não utilizadas na sua totalidade, permite criar empregos, duplicar a dimensão actual do complexo e canalizar a nova capacidade para a exportação, com o consequente benefício para a economia e para a balança de pagamentos do país”. www.repsolypf.com

7_eq

notícias

FEUP recebe conferência internacional sobre materiais

Por Estela Ataíde

“Global Materials for the XXI Century : Challenges to Academia and Industry” foi o tema da décima terceira conferência organizada pela Sociedade Portuguesa de Materiais. A edição deste ano, que decorreu de 1 a 4 de Abril na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), contou com investigadores de 35 nacionalidades diferentes, na sua maioria ligados, de algum modo, ao ensino e à investigação.

que se achou interessante “chamar à atenção das pessoas para a sua importância no dia-a-dia”. Foi também dentro do objectivo de mostrar as diferentes aplicações dos ma-

A conferência, que tem uma periodicidade bianual, adquiriu um carácter internacional há oito anos e, desde então, a língua oficial passou a ser o inglês. Com a internacionalização, o evento registou um aumento no número de participantes. O interesse de quem adere ao simpósio advém não só do prestigio de apresentar os seus trabalhos numa conferência internacional, mas também da possibilidade de o ver publicado numa revista da especialidade – a Material Science Forum. Após cada edição, os participantes interessados podem submeter os seus artigos à avaliação de um Comité Científico Internacional, composto por cerca de 40 especialistas oriundos de diversos países. Este ano, das 240 comunicações orais e dos 350 trabalhos apresentados em forma de poster, perto de 400 foram entregues para avaliação, processo que demorará cerca de um ano. De acordo com Jorge Lino, um dos sete elementos da comissão organizadora, composta por pessoas de diferentes departamentos da FEUP, o grande objectivo deste ano era “discutir, a nível internacional, a utilização dos materiais e perspectivar novos caminhos, tendências e orientações futuras para a investigação de novos materiais e sua aplicação”. E cada vez se registam mais mudanças ao nível dos materiais e respectivas utilizações. É o caso dos materiais inteligentes, que se traduzem, por exemplo, em materiais incorporados nas pontes que permitam a monitorização contínua das mesmas. Também já é possível criar estruturas porosas, o que, por exemplo, no que diz respeito às próteses é mais conveniente dado permite ao osso crescer e preencher os espaços, havendo assim uma maior adesão. Já na indústria automóvel é possível actualmente produzir uma chapa de aço para um automóvel com uma espessura variável, conforme a necessidade de resistência. Ou seja, hoje já não se pode pensar nos materiais isoladamente, é preciso pensá-los em conjunto com as suas aplicações e com o que os rodeia. “Se pensar em aço penso em ponte, que vai ser pintada e as tintas têm de ser amigas do ambiente”, explica Jorge Lino. Há cada vez mais preocupações não só com a inteligência dos materiais, mas também com a sua reciclagem e biodegradabilidade. As comunicações dos 600 investigadores que estiveram presentes debruçaram-se sobre 19 temas diferentes, sendo que nesta edição dois novos temas foram introduzidos: os têxteis e a cortiça. Segundo Jorge Lino, o objectivo desta novidade era dar a entender às pessoas “ a importância destes materiais na criação de diferentes produtos”. Veja-se o caso da cortiça, cuja utilização já não se limita às tradicionais rolhas, estando presente na produção de vestuário e pavimentos. “O material entra na vida de toda a gente”, pelo

teriais que decorreu, em simultâneo com a conferência, uma exposição no Mercado Ferreira Borges com o tema “Materiais e a Cidade”. Nesta iniciativa inédita, os visitantes tiveram oportunidade de ver o copo de vinho do Porto concebido pelo designer Acácio Pereira, com o pé em estanho, que foi oferecido a todos os conferencistas. Partindo desta ideia, a organização lançou a várias entidades o desafio de produzirem copos com a base em diferentes materiais, como cobre, betão polimérico, ligas de baixo ponto de fusão, gesso, aço inoxidável, resina com pó de madeira, etc. Novidade foi ainda o concurso de fotografia, aberto a toda a comunidade e no qual participaram alunos das escolas do Grande Porto. E, provando que também é possível fazer arte recorrendo a diferentes materiais, a pintora Patrícia Sá Carneiro criou propositadamente para o evento um quadro utilizando madeira, papel e areia, entre outros. Com um número crescente de participantes, Jorge Lino acredita que “qualquer pessoa que trabalhe na área dos materiais se sente motivada a participar” nestas conferências. A edição deste ano já foi classificada pelo organizador como “um dos maiores eventos da FEUP”.

8_eq

http://materiais2007.inegi.up.pt/

Processo para Produção de Beta-Caroteno por Via Natural

Microsensores com Melhorias

A Biotrend, empresa de Biotecnologia Industrial, dedica-se actualmente ao desenvolvimento de processos próprios nesta área. Um dos processos desenvolvidos foi para a produção de beta-caroteno por via natural, que se baseia no crescimento de um microrganismo presente no ambiente que lhe permite produzir o produto por via natural. Este composto, com um mercado de 250 milhões de euros por ano, é utilizado como corante e antioxidante nas indústrias alimentar, cosmética e farmacêutica. O processo permite ainda à Biotrend produzir e desenvolver outros carotenóides para além do beta caroteno, como o licopeno. É também um exemplo de substituição vantajosa de um processo químico por um processo biotecnológico. A Biotrend dispõe de uma plataforma de rastreio rápido de novos microrganismos em condições de processo, uma bateria de biorreactores com amostrador automático, bem como equipamento de monitorização e de análise tecnologicamente avançados, permitindo capturar fielmente a dinâmica dos processos em desenvolvimento e, por isso, acelerar drasticamente a sua optimização. Este factor, juntamente com a qualidade deste projecto atraiu o investimento por parte da sociedade de capital de risco PME Investimentos num valor global superior a 1 milhão de Euros.

Os investigadores que fazem parte do projecto Escape conseguiram melhorar um sistema de detecção de gases indicado para a indústria alimentar. Eles colocaram ao sistema já desenvolvido uma camada muito fina de uma membrana sensora baseada em óxido de estanho para os microsensores. A vantagem deste desenvolvimento está no facto de ser possível detectar os hidrocarbonetos quando existem gases inorgânicos. Também a melhoria desenvolvida pelos investigadores levou a que este sistema se tornasse numa solução de custo-eficiência importante para qualquer aplicação. www.escape-project.org

www.biotrend.biz PUB

9_eq

notícias

Programa MIT-Portugal

Svetol® Neoquímica

Portugal, como importador da maior parte da sua energia, como por exemplo os combustíveis fósseis, deverá atentar à eficiência energética através do desenvolvimento de futuros sistemas energéticos concebidos para as necessidades específicas do país. Programas de investigação orientados para sistemas energéticos integrados, incluindo energias renováveis e a eficiência energética, conduzirão a elevados benefícios para Portugal.

A Neoquímica apresentou o Svetol®, um produto da Berkem Developments, S.A., um dos líderes europeus no campo dos extractos para as indústrias alimentares, farmacêuticas e de suplementos nutricionais. O Svetol® é um extracto de café verde com composição específica e única que apresenta um efeito queimador de gorduras. O mecanismo do Svetol®, identificado e estudado, está ligado a duas acções sinérgicas: - retarda a assimilação dos açúcares ingeridos que induzem uma redução da PIC glicémico e é o único ingrediente activo de emagrecimento que tem uma acção sobre a inibição da glucose-6-fosfatase (enzima responsável pela transformação glicogéneo hepactico em glicose plasmática). O glicogéneo é a primeira reserva de energia utilizada pelo nosso corpo logo que a glicemia desce abaixo de 1g/L. Trata-se de uma energia rapidamente acessível, mas limitada em quantidade. Considera-se em geral que permite fornecer 15-20 minutos de esforço. Ou seja, a inibição da glucose-6-phosphatase permite aceder directamente ao segundo nível de energia (constituído pelos adipócitos) sem estar a utilizar a reserva de açúcar.

O Programa MIT-Portugal desenvolve nesta área o tema Sistemas de Energia. SISTEMAS DE ENERGIA Coordenador Nacional: Paulo Ferrão, Instituto Superior Técnico, UTL Coordenadores no MIT: David Marks e Steve Connors, MIT, Engineering Systems Division O actual sistema energético, baseado na utilização de combustíveis fósseis e na produção centralizada de energia, é insustentável. O desenvolvimento de Sistemas Energéticos Sustentáveis requer um novo paradigma em que a Energia seja encarada como um Serviço, promovendo-se por exemplo, a micro-cogeração associada a fontes de energia renovável, em sistemas mais próximos e consistentes com a procura, o que exige novos mecanismos económicos assentes na liberalização do mercado energético, integrando factores sociais, económicos e ambientais. O programa MIT-Portugal promoverá a formação de recursos humanos altamente qualificados que permitam implementar este novo paradigma, contribuindo para a sustentabilidade do sistema energético e o desenvolvimento de actividades de alto valor acrescentado que estimulem o crescimento económico. Neste contexto, o programa promove consórcios entre o MIT e Universidades e Laboratórios Portugueses com valências multidisciplinares no âmbito da engenharia e da economia, que desenvolverão projectos de investigação na área dos sistemas de energia, nomeadamente em redes de energia, no planeamento e gestão de energia a diferentes escalas geográficas, em políticas e sistemas para a mitigação de emissão de gases com efeito de estufa e em energias renováveis. Serão ainda desenvolvidos novos programas de formação avançada, incluindo a criação de um novo programa de doutoral em “Sistemas Energéticos Sustentáveis”, cursos de pós graduação para líderes na área da energia, seminários, cursos especializados de curta duração e intercâmbio de docentes e alunos entre as instituições Portuguesas e o MIT. Neste contexto e durante o próximo quinquénio, no MIT e em Portugal, estarão envolvidos dezenas de Professores do MIT e de Universidades Portuguesas, estabelecer-se-ão cerca de 30 contratos anuais com investigadores doutorados, formar-se-ão cerca de 36 novos doutores e cerca de 80 executivos com pós-graduações na área da energia. Os programas de pós graduação serão oferecidos na Universidade do Porto, pela FEUP e na UTL, através do ISEG e do IST. Instituições participantes: › Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa (FCT/UL) › Centro de Física da Matéria Condensada da Universidade de Lisboa › Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) › Instituto Superior de Economia e Gestão, Universidade Técnica de Lisboa (ISEG) › Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa (IST) › ICIST, Instituto de Engenharia de Estruturas, Território e Construção › IDMEC – Instituto de engenharia mecânica › IN+, Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento › MARTEC- Centro de ambiente e tecnologia marítimos A parceria inclui ainda os seguintes Laboratórios Associados: › Instituto de Sistemas e Robótica, ISR › Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores do Porto, INESC-Porto › IDMEC: - Instituto de Engenharia Mecânica - Unidade de estudos avançados de energia no ambiente construído www.mitportugal.org 10_eq

O Svetol® é por conseguinte um queimador real de gordura dado que permite consumir directamente as gorduras acumuladas. Este mecanismo único permite igualmente encarar acções sinérgicas com a maior parte dos outros ingredientes de emagrecimento que apresentam mecanismos de acções diferentes. Por último, o Svetol® é também um antioxidante potente (valor ORAC de 9.000 TEQ). www.neoquimica.pt

PUB

Fábrica Solvay com unidade de desmineralização de água A fábrica da Solvay na Póvoa de Santa Iria dispõe de uma nova unidade de desmineralização de água que vai proporcionar um significativo benefício ambiental traduzido numa diminuição muito acentuada quer do consumo de água potável, quer de reagentes. Esta tecnologia, que se encontra somente disponível numa outra fábrica do Grupo em Barcelona, teve um investimento na ordem de 1,8 milhões de euros. Consistiu na substituição de quatro cadeias de desmineralização de concepção antiga por modernos módulos de troca iónica por osmose inversa, permitindo a utilização de água de menor qualidade no processo industrial. Sistema de recolha de ideias enraizado na Solvay Portugal O programa de recolha de ideias instalada na Solvay teve um balanço positivo em 2006. Foram recebidas 472 ideias criativas de melhoria atingindo-se um índice de 1,8 ideias por pessoa o que ultrapassou a meta anual fixada (1,6). Este índice tem subido de forma gradual e consistente, e de maneira ainda mais notória nos últimos dois anos a ponto de superar os objectivos definidos. Com referência a 2006, foram aceites 89% das ideias apresentadas e premiadas 16%. Segundo António Duarte, coordenador Inovação, “observa-se uma forte dinâmica no processo de geração e apresentação de ideias, o que demonstra que o sistema está consolidado e integrado na cultura da Empresa”. www.solvay.pt

Certificação do Sistema de Gestão da Qualidade da EDP A EDP – Gestão da Produção de Energia, SA recebeu o certificado do Sistema de Gestão da Qualidade, de acordo com a NP EN ISO 9001:2000. Este certificado foi entregue no âmbito de “serviços de assessoria técnica, engenharia de concepção, contratação de empreitadas e fornecimentos, gestão e supervisão do projecto, supervisão e fiscalização da execução, gestão de garantias, realização de ensaios e medidas e observações”. Estiveram presentes na cerimónia o Director de Qualidade e Processos, Pedro Gaivão, o Director de Projectos e Investimentos, António Ferreira da Costa, o Gestor da Qualidade, Victor Hugo Faria e os Donos de Processo, Diana Silva, Filomena Tello Sousa, Helena Vitória, Maria Julieta Cuíca, José Paes de Faria, Fernando Barbosa Teixeira e Macedo Pereira. www.edp.pt

11_eq

notícias

Novo Director do Negócio de Gás da BP Carlos Cardoso é o novo Director do negócio de Gás da BP em Portugal. Ele está ligado à BP Portugal desde 1988, inicialmente na área de Retalho da Companhia e depois no negócio do Gás, onde desempenhou as funções de Chefe de Divisão, Director Comercial, entre outras. Carlos Cardoso é também membro do Country Leadership Team da BP Portugal, do Leadership Team da Performance Unit do GPL do Sul da Europa & Africa e representante do negócio de Gás da BP Portugal na APETRO (Associação Portuguesa de Empresas Petrolíferas). www.bp.pt

Espectrómetro FT-NIR “Buchi” Modelo NIRFLEX N-500 Novo espectrómetro de infra vermelho próximo para análise rápida, de diversos parâmetros sem a utilização de solventes ou químicos poluentes, usado em análise tanto quantitativa como qualitativa em conjunto com o software de análise NIRCAL e o acessório apropriado de amostragem. Este espectrómetro é apropriado para trabalhar em áreas de produção e em laboratório na maior parte das indústrias como farmacêutica, cosmética, tintas, química, etc.. Podem ainda ser analisados diversos tipos de amostras em pó, granulados, sólidos, pastas, géis e líquidos. Sistema versátil de análise através de diversas sondas de fibras ópticas, plataforma para líquidos, etc, a seleccionar dependendo do tipo de amostras. www.rotoquimica.pt

Métodos alternativos aos testes em animais Um laboratório europeu está a desenvolver métodos alternativos aos testes em animais que permitirão reduzir para menos de metade, em dez anos, o número de exemplares utilizados na verificação da segurança de químicos. A nova legislação sobre registo, avaliação e autorização de produtos químicos foi aprovada a 13 de Dezembro pelo Parlamento Europeu, abrange cerca de 30 mil substâncias e entrou em vigor este ano.. Também contempla o bem-estar animal ao introduzir regras que evitam a duplicação de testes em animais e promovem métodos alternativos de ensaio. A substituição dos testes em animais, sobretudo utilizados nas verificações da toxicidade dos produtos por testes in vitro, é vantajosa devido à rapidez na obtenção dos resultados, à qualidade científica destes e aos custos financeiros associados aos mesmos. A validação dos testes é feita no Centro Europeu para a Validação de Métodos Alternativos (ECVAM), que é a referência na validação de estratégias que reduzam, substituam ou redefinam a utilização de animais na verificação da segurança de substâncias químicas. A partilha de informação sobre os testes efectuados entre as empresas que produzem

12_eq

e importam químicos também contribui para a redução da necessidade de usar animais, uma vez que evita a duplicação dos ensaios. http://ecvam.jrc.it/

Quimigranel, Lda. com nova denominação A Quimigranel, Lda passou a denominar-se IMCD Portugal – Produtos Químicos, Lda. Esta alteração enquadra-se no projecto global do grupo IMCD em que todas as suas subsidiárias passam a operar com o nome comum IMCD. Com esta nova denominação é objectivo da IMCD Portugal manter um elevado serviço, assegurando níveis de qualidade e segurança, bem como a protecção da saúde e meio ambiente, suportado pela organização e recursos humanos. O grupo IMCD, com sede em Roterdão, Holanda, tem uma facturação de € 800 MM e 750 colaboradores. O grupo IMCD compreende uma rede de empresas líderes em marketing, vendas e distribuição de produtos químicos para a indústria em geral, alimentação, farmácia e cosmética.

www.imcd.pt

3ª edição do Prémio Crioestaminal em Investigação Biomédica A Crioestaminal e a Associação Viver a Ciência estão a organizar a terceira edição do Prémio Crioestaminal em Investigação Biomédica, que será atribuído ao melhor projecto nacional de investigação na área da Biomedicina de 2007, no valor de 20 mil euros. O Director-Geral da Crioestaminal, Raul Santos, refere que “a terceira edição deste prémio permite mais uma vez contribuir para o desenvolvimento da investigação científica em Portugal, a qual apresenta inúmeras potencialidades, mas que são muitas vezes constrangidas pela falta de apoio existente.” Para Margarida Trindade, da Associação Viver a Ciência, “este é um excelente exemplo de uma parceria com o sector privado, uma vez que prima pelo seu carácter plurianual. Desta forma, a Associação assume um dos compromissos a que se propôs: criar alternativas privadas no financiamento da investigação científica em Portugal”. www.viveraciencia.org www.crioestaminal.pt

PUB

13_eq

notícias [ coluna de legislação e normas ]

Sector Eléctrico - Cessação Antecipada de Contratos Decreto-Lei n.º 199/2007 - I Série n.º 96, de 18/05 Altera o regime aplicável à cessação antecipada dos Contratos de Aquisição de Electricidade (CAE), de modo a harmonizar o respectivo regime com a evolução verificada nos mercados energéticos nos últimos anos. Objectos de Plástico para Contacto com Alimentação Decreto-Lei n.º 197/2007 - I Série n.º 93, de 15/05 Altera a lista de monómeros e outras substâncias iniciadoras que podem ser usadas no fabrico de materiais e objectos de matéria plástica destinados a entrar em contacto com os géneros alimentícios, tendo por base a avaliação de risco levada a efeito pela Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos. O presente diploma estabelece também a lista de aditivos que podem ser usados no fabrico dos materiais e objectos de matéria plástica. Estas regras entram em vigor a 16 de Maio de 2007, excepto a Lista B, relativa a monómeros e outras substâncias iniciadoras que podem ser usadas no fabrico de materiais e objectos de matéria plástica, que entrará em vigor a 19 de Novembro de 2007. Objectos com Celulose para Contacto com Alimentação Decreto-Lei n.º 194/2007 - I Série n.º 92, de 14/05 Estabelece, em harmonia com a evolução tecnológica, uma nova lista de substâncias autorizadas no fabrico de película de celulose regenerada destinada a entrar em contacto com géneros alimentícios, suprimindo determinados polímeros, solventes e plastificantes. Fundo de Acidentes de Trabalho Decreto-Lei n.º 185/2007 - I Série n.º 90, de 10/05 Com as alterações agora introduzidas pretende-se clarificar alguns aspectos que se têm vindo a colocar, quer no relacionamento com as empresas de seguros, quer com os Tribunais. No que se refere às empresas de seguros, prevê-se o reembolso das actualizações das respectivas pensões àquelas que aceitem contratos de seguro para cobertura de acidentes em serviço, à semelhança do regime jurídico dos acidentes de trabalho. Para este efeito, são alargadas as competências do Fundo, de forma a garantir às empresas de seguros o reembolso dos montantes relativos às actualizações de pensões devidas por incapacidade permanente igual ou superior a 30% ou por morte também derivadas de acidente em serviço. Consagra-se também uma nova fórmula de actualização das pensões de acidente de trabalho, inspirada nas regras de actualização do Indexante dos Apoios Sociais (IAS). Para colmatar as questões que se têm colocado pelos tribunais passa a definir-se de forma mais rigorosa o âmbito de intervenção do FAT e atribui-se personalidade judiciária ao FAT. Estas novas regras entram em vigor a 11 de Maio de 2007, no entanto, a regra relativa à forma de actualização do valor das pensões de acidentes de trabalho entrará em vigor a 1 de Janeiro de 2008. Licenciamento Industrial - Estabelecimentos Tipo 4 Decreto - Lei n.º 183/2007 - I Série n.º 89, de 09/05 Altera os Decretos-Leis n.os 69/2003, de 10 de Abril, e 194/2000, de 21 de Agosto, substituindo o regime

14_eq

de licenciamento prévio obrigatório dos estabelecimentos industriais de menor perigosidade, incluídos no regime 4, por um regime de declaração prévia ao exercício da actividade industrial Visando simplificar o licenciamento dos estabelecimentos industriais do regime 4 (categoria de menor risco potencial), estabelecem-se novas normas disciplinadoras do exercício da actividade industrial com o objectivo de reduzir encargos e prazos. Este tipo de estabelecimentos industriais estão agora dispensados do licenciamento prévio da instalação ou alteração e da apresentação do respectivo projecto. Assim, o industrial deverá apresentar, juntamente com o pedido de autorização da localização, uma declaração prévia em como se compromete a cumprir toda a legislação aplicável, designadamente em matéria de segurança, higiene e saúde no trabalho e ambiente. Consagra-se também a possibilidade de pedido de exclusão da sujeição à licença ambiental e consequentemente do regime de prevenção e controlo integrados da poluição e respectivos procedimentos de verificação e controlo. O presente diploma entra em vigor a 10 de Maio de 2007 e aplica-se aos processos de licenciamento em curso.

Transporte de Mercadorias Perigosas Decreto-lei n.º 170-A/2007 - I Série n.º 86 (Suplemento), de 4/05 Visa actualizar a legislação em vigor sobre as condições de segurança do transporte rodoviário de mercadorias perigosas de acordo com a legislação comunitária. Com as alterações agora introduzidas, passa a existir uma hierarquização da gravidade das infracções em categorias de risco, de acordo com a intensidade dos danos sobre as pessoas ou o ambiente, com efeitos na aplicação de medidas preventivas e de correcção, e, são modificados os instrumentos de controlo rodoviário na fiscalização dos transportes de mercadorias perigosas. Produtos Químicos Perigosos Decreto-Lei n.º 112/2007 - I Série n.º 75, de 17/04 Cria o regime contra-ordenacional relativo à exportação e importação de produtos químicos perigosos. Pretende-se com este diploma assegurar a execução, na ordem jurídica interna, das obrigações decorrentes para o Estado Português do Regulamento (CE) n.º 304/2003, do Parlamento e do Conselho, de 28 de Janeiro. Determina-se que o Instituto do Ambiente é a autoridade nacional competente para o processo de notificação e informação à Comissão Europeia, definem-se os procedimentos impostos aos particulares para cumprimento da legislação e procede-se ao estabelecimento das infracções e respectivas sanções no caso da violação das normas de exportação e importação de produtos químicos perigosos. Corantes na Alimentação Decreto-Lei n.º 57/2007 - I Série n.º 51, de 13/03 Transpõe para a ordem jurídica interna a Directiva n.º 2006/33/CE, da Comissão, de 20 de Março, que altera os critérios de pureza específicos dos corantes que podem ser utilizados nos géneros alimentícios, designadamente, para o amarelo-sol FCF (E110) e o dióxido de titânio (E171).

O presente diploma entra em vigor a 1 de Abril de 2007, no entanto, os produtos não conformes com as novas regras, que tenham sido produzidos antes da data mencionada, podem ser comercializados até ao esgotamento das suas existências.

Actividade Industrial - Modelo do Pedido de Instalação / Alteração Portaria n.º 584/2007 - I Série n.º 89, de 09/05 Define os termos de apresentação dos pedidos de instalação ou de alteração dos estabelecimentos industriais dos tipos 1, 2 e 3, e aprova o respectivo modelo. Actividade Industrial Portaria n.º 583/2007 - I Série n.º 89, de 09/05 Estabelece as regras de cálculo e actualização das taxas devidas pelo exercício da actividade industrial. Na sequência das alterações das regras disciplinadoras da actividade industrial deixaram de estar sujeitos a taxa os actos de aprovação de projecto de instalação ou de alteração e averbamentos dos estabelecimentos industriais do tipo 4. Por outro lado, o acto de apreciação de pedidos de licença ambiental passou a estar sujeito a taxa, aplicando-se a presente Portaria aos pedidos de emissão, alteração, renovação e actualização de licença ambiental que se encontrem pendentes à data da sua entrada em vigor, ou seja, a 10 de Maio de 2007. Neste âmbito recorda-se que termina a 30 de Outubro de 2007, o prazo legal para obtenção da licença ambiental por parte das instalações industriais já existentes. Imposto sobre os Produtos Petrolíferos e Energéticos (ISP) Portaria n.º 211/2007 - I Série n.º 38, de 22/02 Altera a taxa do imposto sobre os produtos petrolíferos e energéticos (ISP) aplicável ao gasóleo de aquecimento classificado pelo código NC 2710 19 45 para 137,20 € por 1000l. Estratégia Nacional para a Energia Resolução do Conselho de Ministros n.º 50/2007 - I Série n.º 62, de 28/03 Aprova medidas de implementação e promoção da Estratégia Nacional para a Energia, visando, nomeadamente, a criação efectiva do Mercado Ibérico de Electricidade (MIBEL) e a protecção dos consumidores. Regulamento do Licenciamento da Actividade Industrial Decreto Regulamentar n.º 61/2007 - I Série n.º 89, de 9/05 Altera o Regulamento do Licenciamento da Actividade Industrial, no sentido de o adequar à nova disposição que dispensa os estabelecimentos do tipo 4 do licenciamento prévio obrigatório da sua instalação ou alteração, passando a vigorar um regime de declaração prévia ao exercício da actividade industrial. Tendo por objectivo a criação de postos de trabalho, sem obrigar os estabelecimentos industriais do tipo 4 a mudar de regime, introduz-se uma disposição que permite que os mesmos possam aumentar o número de trabalhadores até ao máximo de 10, desde que cumpram a legislação aplicável em matéria de segurança, higiene e saúde no trabalho e ambiente. Regulamentam-se os procedimentos a adoptar no âmbito dos pedidos de exclusão da sujeição ao regime da licença ambiental (Decreto-Lei n.º 194/2000, de 21 de Agosto).

mercado

Mobilmet XLM e Vacmul XLM Os óleos de corte Mobilmet XLM e Vacmul XLM, apresentados pela Móbil, foram concebidos para maximizar a disponibilidade da máquina ferramenta, melhorar as condições de trabalho e proteger o ambiente. O Mobilmet XLM e Vacmul XLM utilizam óleos base de alta pureza, especialmente refinados, como seu componente principal. Para a indústria metalúrgica, estes óleos oferecem uma menor evaporação e formação de névoas, menor arrastamento e um tempo de vida mais longo. Os custos de extracção e de limpeza também são reduzidos com a utilização destes fluídos. Estes têm um odor suave, permanecem claros e transparentes para permitir a visibilidade da ferramenta e da peça de trabalho e maximizam a limpeza da máquina ferramenta. A vida prolongada da carga do Mobilmet XLM e Vacmul XLM reduz o volume de resíduos, facilitando a gestão de compras e stocks. São produtos isentos de cloro.

www.exxonmobileurope.com

Software Fermenta Win

www.progresso.pt

A Progresso lançou um software para controlo de fermentação em adegas, o Fermenta Win. Este é um programa de controlo e supervisão do processo de fermentação em adegas, tendo por base a aquisição de dados em tempo real, controlo do processo e registo. Tem uma capacidade de controlo de 96 cubas e permite trabalhar em rede. A sua configuração abrange cubas de fermentação de “brancos”, de “tintos”, cubas de maceração pelicular e cubas de armazenagem, enquanto o controlo de temperatura de fermentação inclui arrefecimento, aquecimento, arrefecimento/aquecimento. O Fermenta Win permite uma leitura da densidade, o controlo do tempo de remontagem e/ou agitação, registo de ocorrências e proveniências das castas e registo de avarias. É um software prático, funcional, económico e de fácil montagem/ampliação, visto ser um sistema modular.

Resina Alquídica Polikyd AF 690 A Resiquímica apresenta a resina alquídica Polikyd AF 690, concebida a partir de altos sólidos, secativa e longa em ácidos gordos vegetais. A Polikyd AF 690 é uma resina longa em óleo, destinada à formulação de esmaltes e vernizes sintéticos que cumpram os valores limite impostos na Directiva 42/2004/CE relativa à limitação de emissões de compostos orgânicos voláteis. Pode ser utilizada como ligante único ou em combinação com resinas alquídicas longas tradicionais na formulação de revestimentos decorativos para construção civil. Os produtos baseados nesta resina apresentam um bom nível de secagem, tanto em superfície como em profundidade. A resina alquídica Polikyd AF 690 deverá ser armazenada na sua embalagem original por um período não superior a 18 meses antes do processamento. A armazenagem deverá ser feita a uma temperatura de 5 a 25ºC.

www.resiquimica.pt

15_eq

mercado

Scanner a laser Simatic FS6601 A Siemens Automation and Drives (A&D) disponibiliza o novo scanner a laser Simatic FS660I com protecção vertical para as pessoas que trabalham em zonas perigosas de fábricas ou com maquinaria e sistemas de transporte sem condutor. Sempre que alguém entra na zona de protecção do novo scanner a laser, são accionadas acções de segurança previamente definidas como, por exemplo, o encerramento da máquina. O scanner a laser pode ser utilizado no controlo de entradas/saídas, bem como na detecção de mãos, braços e pernas, sendo esta característica uma inovação relativamente aos lasers actuais com protecção horizontal. O novo dispositivo está equipado com saídas de transístor, bem como ligações Asisafe e Profisafe, pelo que é facilmente integrável em soluções de segurança de nível superior. O novo Simatic FS6601 foi aprovado para “zonas de segurança contra perigos com protecção para mãos e braços”. Protege o operador contra “movimentos perigosos” efectuados pela máquina e protege-o igualmente quando este carrega a máquina ou retira material. O utilizador do novo scanner a laser define antecipadamente as zonas de protecção, com um contorno de referência. Quando está em funcionamento, o scanner compara o ambiente que está a ser controlado com a referência em cada medição que efectua, permitindo assim a detecção fiável de qualquer manipulação do equipamento de protecção, bem como qualquer acesso não protegido pelo pessoal.

www.siemens.com/simatic-sensors/fs

Tecnologia inovadora para análise em tratamentos de água e engenharia química A MT Brandão apresenta-nos o QuickTOC®effluent, que combina a enorme precisão nas medições com os baixíssimos esforços de manutenção e a facilidade de uso do equipamento por parte do operador com baixos custos de utilização. O método de oxidação a altas temperaturas desenvolvido e patenteado pela LAR é agora aperfeiçoado para medições TOC em efluentes industriais e estações de tratamento de águas residuais domésticas. O princípio da reacção, sem catalisador, garante a decomposição de todos os componentes orgânicos da amostra. O QuickTOC®effluent oferece com 1200°C, a mais alta temperatura de combustão entre todos os analisadores em linha disponíveis no mercado. Também é adequado às mais variadas medições de TOC, desde efluentes industriais, estações de tratamento de águas residuais domésticas, a monitorização e controlo da água para consumo. Aplicações típicas combinam medições de TOC e TNb numa mesma unidade, o que reduz drasticamente o esforço de manutenção quando comparado com a utilização de múltiplos analisadores. A parte de análise do equipamento é constituída por um sistema fechado que contém uma unidade de digestão extremamente fiável, um sistema de injecção de baixa manutenção e fácil utilização assim como um detector de IV robusto com um computador industrial (inclui software especial de análise e controlo). Assim, o QuickTOC®effluent permite atingir valores de medição na ordem dos poucos mg/L (ppm). O novo dispositivo de medição da LAR exige poucas intervenções de manutenção, sendo necessária apenas 0,5 h por semana, o que reduz o custo do equipamento consideravelmente. Como opção, este equipamento pode purificar o ar ambiente para que este seja usado como gás transportador, não havendo assim necessidade de utilização de gás em garrafa. 16_eq

O QuickTOC®effluent encontra-se contido num compartimento standard IP 54; encontram-se também disponíveis compartimentos especiais: NEMA4x (IP 65) e ATEX zona 1 e zona 2. www.mtbrandao.com | www.lar.com

C-FLOOR para Pavimentos A CIN apresentou uma nova linha para pavimentos denominada C-Floor. Esta linha conta com vários produtos entre os quais o C-Floor E400L, um revestimento autonivelante multifuncional, que proporciona acabamentos lisos ou antiderrapantes e o C-Floor Varnish E420 QS, um verniz epoxi recomendado para a realização de pavimentos com sílicas coloridas ou naturais, argamassas epoxi de elevada espessura e para o envernizamento de betão e argamassas em cimento. Esta linha pode ser aplicada em indústrias, laboratórios, hospitais, armazéns, garagens e estabelecimentos comerciais. Em comum, todos estes lugares requerem pavimentos com um acabamento lavável e de elevada resistência mecânica ao desgaste e tráfego intenso. www.cin.pt

Armário Air-o-Defrost da Electrolux A Electrolux concebeu um armário de descongelação, o Air-o-Defrost. Este armário permite descongelar alimentos de forma segura, pois o seu processo único retém o sabor, os valores nutricionais, a textura original e a aparência dos produtos. Este processo consiste na injecção com vapor a baixa pressão e elevado fluxo de ar no interior da cabine. É um processo que se rege pelas normas HACCP, estando cada unidade equipada com um ciclo semi-automático de desinfecção que consiste num ciclo bacterológico de limpeza que funciona com vapor de elevada pressão. Cada vez que o equipamento é ligado, a caldeira é automaticamente descarregada e reenchida com água fresca. Existem dois modelos disponíveis, um com capacidade para 1200 litros e outro com capacidade para 180 litros, e vários acessórios.

www.electrolux.com/professional

Sistema Semiautomático Ninette Tube

www.ninette.fr

A CDA desenvolveu um sistema semiautomático que permite colocar de forma muito simples etiquetas nos tubos de cola, massa ou outra matéria pastosa. O funcionamento do NINETTE TUBE é feito através da inserção manual do tubo num cilindro e depois é colocada a etiqueta. Esta máquina adapta-se a diversos diâmetros, sendo o máximo de 190 mm e oferece diversas opções de colocação, como por exemplo ajuste fácil da altura da etiqueta no tubo ou a marcação para colocar uma etiqueta de dimensões reduzidas ou um código de barras. O NINETTE TUBE é pequeno e leve, o que proporciona uma mobilidade facilitada. Permite também a colocação de etiquetas em frascos, garrafas, conservas, recipientes, entre outros objectos. Esta solução permite uma personilização mais acentuada e oferece um serviço de 500 a 800 tubos por hora.

17_eq

mercado

Lubrificador automático Pulsarlube M O Pulsarlube M é um lubrificador automático do tipo monoponto, desenhado para assegurar a lubrificação de uma forma segura, fiável e económica. Mesmo sendo robusto e compacto, composto por uma bomba de alimentação vertical, um conjunto motor/engrenagem e um sistema de controlo electrónico por microprocessador, este lubrificador permite uma pressão de trabalho acima dos 20 kgf/cm2 (280). Para além disso, possui o controlo preciso do débito de massa (0,347cc/ciclo) e pode trabalhar em diferentes temperaturas, desde -15 a +60ºC. Este lubrificador reutilizável tem tampa transparente, permitindo a visualização do consumo do lubrificante e a paragem do seu sistema é automática, logo após a fim do ciclo seleccionado. O Pulsarlube M oferece ainda um display LCD de fácil leitura com várias leituras possíveis e cartuchos com capacidades de 125cc ou 250cc. É um lubrificador que pode ser utilizado com a maioria das massas lubrificantes Galp.

www.galpenergia.com

Tubos de PVC

www.baquelite-liz.pt

A empresa Baquelite Liz tem entre os seus produtos tubos de PVC, ideais para a sucção de fluidos. Alguns dos tubos Lisflex que estão disponíveis são o Aquaflex, o Agroflex e o Vinoflex. Os tubos Aquaflex de PVC plastificado têm uma espiral de PVC rígido e uma superfície interna lisa. São tubos ligeiros e flexíveis que podem ser utilizados na indústria e agricultura para sucção leve e transporte de água, soluções químicas de baixa concentração, fertilizantes e insecticidas. Os tubos Agroflex são mais robustos e bastante flexíveis, sendo igualmente de PVC plastificado, com espiral incorporada de PVC rígido. Este tipo de tubo tem uma boa resistência em sucção média e transporte de água, soluções químicas e sólidos abrasivos, nos casos em que se pretenda maior flexibilidade ou em utilizações a baixas temperaturas. O Agroflex possui ainda uma resistência ao vácuo de 0.35 bar. Os tubos de PVC Vinoflex são atóxicos, flexíveis e robustos, com espiral incorporada de PVC rígido e uma superfície interna lisa. São os tubos mais apropriados para transporte e sucção de produtos alimentares líquidos, tais como o vinho, sumos de fruta ou bebidas alcoólicas até 20º.

Queimador Herar do tipo AH-MA Os queimadores Herar do tipo AH-MA, fornecidos pela empresa Eclipse, foram concebidos para a obtenção de uma combustão limpa e para cumprir com as normas mais restritas relativas à contaminação. Este equipamento é constituído por uma placa, trem de válvulas de gás, grupo de regulação de gás, quadro de manobra e controlo. Para além disso, inclui sistemas de auto-controlo, materiais específicos para atmosferas corrosivas, detectores de GLP, CO, etc. O queimador Herar funciona com a passagem do fluxo de ar pelas suas placas deflectoras, enquanto o gás combustível passa pelos injectores. A mistura entre o gás e o ar dá-se na saída dos injectores, evitando retrocessos da chama. O seu desenho especial permite uma chama estável e uma combustão completa e homogénea. 18_eq

eclipse@eclipsecombustion.es

Zero DNA para estações de PCR

www.esteriplas.pt

O Zero DNA é uma preparação fabricada pela Esteriplas para ser utilizada em estações de PCR (Polymerase Chain Reaction). O Zero DNA descontamina superfícies não porosas, dispositivos de laboratório, superfícies porosas e pipetadores. No primeiro caso a limpeza faz-se através da pulverização, seguida da limpeza com um toalhete de papel. Depois, enxagua-se com água isenta de DNA e seca-se com um toalhete de papel limpo. No caso da descontaminação dos dispositivos e superfícies porosas, aplica-se a preparação num toalhete de papel limpo e esfregua-se vigorosamente os dispositivos, superfícies ou equipamentos. Em seguida, enxagua-se com água isenta de DNA e seca-se com um toalhete de papel limpo. Para desinfectar os pipetadores, tem que se desmontar este objecto consoante as regras do fabricante. Depois mergulha-se a haste do pipetador no Zero DNA, enxagua-se com água isenta de DNA e seca-se convenientemente. Por fim, procede-se à montagem do pipetador. Esta preparação é prática para se utilizar devido ao seu frasco pequeno e leve ou à sua pistola de spray. É estável durante um ano e pode ser armazenado à temperatura ambiente.

Sistema de Telecontrolo SINAUT A Siemens lançou o SINAUT, sistema que permite a monitorização automática e telecontrolo de estações de processo. A configuração deste sistema inclui um controlador, um módulo TIM (Telecontrol Interface Module) e o Modem responsável pela transferência de dados. Uma das principais características do TIM está no facto de ter um funcionamento como buffer, pois na eventualidade de haver uma falha na comunicação, a informação é guardada no TIM e é entregue assim que a comunicação for novamente estabelecida. Pode utilizar todo o tipo de redes WAN, desde as clássicas até às baseadas na Ethernet. As suas principais áreas de aplicação são o sector das águas, petróleo e gás.

www.siemens.de/sinaut

Adesivo de Montagem Pattex PL600 Montafix Instant Tack

www.henkel.pt

A Henkel lançou o Pattex PL600 Montafix Instant Tack, um adesivo de montagem revolucionário que apresenta uma solução profissional para qualquer tipo de reparação. O novo Pattex PL600 permite uma fixação imediata e resistente, podendo ser aplicado em todo o tipo de materiais (madeiras, contraplacados, aglomerados e chapas, gesso, estuque, betão, ladrilho, pedra, cerâmica, cortiça, metais e PVC rígido, etc.) e para as mais diversas aplicações (painéis, azulejos, ripas, molduras, escadas, varandas, caixas de luz, ombreiras de portas e janelas, armários, placas, etc.). Além disso, permite reduzir o tempo de realização de qualquer trabalho, pois a aplicação pode ser feita através do método directo nas superfícies em questão, sem necessidade de utilizar o tradicional método aplicação por contacto. Este produto está disponível no formato cartucho de 300 ml. 19_eq

mercado

Controlo Gravimétrico de Espessura Contgrav A IBE apresenta como solução para o controlo gravimétrico de espessura o Contgrav. Este sistema foi concebido para controlar o peso linear do produto extrudido através do controlo da velocidade de puxo ou através do controlo de velocidade de rotação do fuso da extrusora. O Contgrav mede com precisão o débito à entrada do fuso e a velocidade real de puxo. Assim é possível comparar o peso linear actual com o valor programado e corrigir as velocidades, de modo a que estes valores se aproximem. O sistema é integrável e de fácil montagem em qualquer extrusora. Inclui um taquímetro e um potenciómetro monitorizado e/ou contactos para o controlo da velocidade do motor. Também detecta erros e situações anómalas de funcionamento através de alarmes. A precisão do Contgrav é superior a 0,5%, pois permite a redução de espessura devido à sua regularidade e permite ainda fazer poupanças de matéria prima que podem atingir os 10%. Esta regularidade melhora a qualidade dos processos, como por exemplo a soldadura, aumentando consequentemente a produção.

www.ibe.pt

Guincho Pneumático ATEX A Ingersoll Rand dispõe de um guincho pneumático concebido para dar resposta ao nível da saúde e higiene nas áreas de processamento alimentar, químicos, petroquímicos, limpeza, entre outras. Com um poder de elevação de 250 a 980 Kg, o ATEX mantém as características necessárias a um ambiente limpo, nomeadamente nenhuma lubrificação por ar, cobertura em aço inoxidável, possibilidade de limpeza por alta pressão, etc. As partes mecânicas foram redesenhadas em bronze e aço inoxidável, o motor e os sistemas mecânicos foram colocados dentro de uma carcaça fechada, o sistema de ventilação foi adicionado ao motor para eliminar riscos de criação de bolsas de gás sob pressão e todas os parafusos foram fabricados em aço inoxidável. Para além destas características, este guincho pneumático pode ser limpo por pressão (vapor ou água), uma vez que todos os locais prováveis de retenção de água têm canais de drenagem. Inclui um limitador de carga, um manípulo para controlar a velocidade de elevação ou descida da carga e um botão de paragem de emergência. O operador é assim capaz de controlar a velocidade com uma mão e guiar lateralmente a carga com a outra. www.ingersollrand.com

Investigadores da Universidade de Coimbra criam Gás SensorWeb Investigadores da Universidade de Coimbra criaram um sistema inteligente de leitura remota de contadores de Gás, inédito na Europa, que permitirá monitorizar à distância os consumos e aumentar a segurança contra os acidentes provocados pelas fugas de gás. O GasSensorWeb é um sistema de monitorização remota de infra-estruturas de gás, via Internet, que emprega uma rede de sensores de muito baixo consumo energético e que está já a ser aplicado num projecto-piloto de monitorização de três centenas de contadores e 50 reservatórios de gás, em França. Segundo Basílio Simões, professor da FCTUC, este sistema constitui um avanço tecnológico fundamental para as empresas distribuidoras de gás, uma vez que a instalação sim20_eq

plificada e o seu baixo custo permitirão a leitura remota dos contadores e a gestão, em tempo real, dos stocks. Desta forma, constitui “uma ferramenta de grande utilidade para a optimização das rotas de abastecimento e para a prestação de um melhor serviço aos seus clientes”, acrescentou. www.isalabs.com

Remoção de compostos orgânicos voláteis carvão activado

www.donau-carbon.com

A EUROMATEQ Representações apresenta-nos uma gama completa de carvões activados da Donau Carbon. Nas actividades que envolvam a utilização directa de solventes orgânicos ou produtos contendo solventes, têm de ser prevenidas as emissões de compostos orgânicos voláteis (COV) e para emissões com concentrações de COV inferiores a 1g/m3, uma das soluções mais simples é a utilização de filtros de carvão activado para captação dos contaminantes gasosos das emissões atmosféricas. A remoção dos COV por carvão activado dá-se por adsorção, ou seja, por fixação dos COV à superfície do carvão activado. A adsorção é um processo físico. Para casos especiais, é necessário fazer uma impregnação do CA, nesse caso o processo é de quimiadsorção. A eficácia do processo de adsorção depende das propriedades da substância a ser removida, nomeadamente as propriedades químicas, o tamanho molecular e a polaridade, das características do carvão activado (área superficial, estrutura dos poros, propriedades químicas) e das condições do meio, tais como a temperatura, a humidade relativa, a concentração do contaminante e o tempo de contacto.

Painéis Humi-Cool de Pré-Arrefecimento A Chatron tem à disposição os painéis humi-cool de pré-arrefecimento. Este sistema de pré-arrefecimento natural é composto por painéis humidificadores, bomba recirculadora de água, bóia de nível, válvula de admissão de água e outros elementos de protecção. Através destes painéis é possível transferir o ar arrefecido, por evaporação, e purificado ao local ou sistema que se quer arrefecer, uma vez que vai ao exterior buscar o ar e o faz passar pelo próprio painel, que irá funcionar como filtro. O objectivo do pré-arrefecimento por humidificação é arrefecer o ar à entrada das baterias das unidades condensadoras de ar condicionado, aumentando o rendimento, reduzindo o consumo energético e evitando disparos térmicos e/ou avarias causadas pelo excesso de calor no compressor ou outros elementos. Este redução da temperatura também aumenta a sua longevidade. www.chatron.pt

Fatos de Protecção e Óculos de Segurança A 3M lançou uma nova gama de fatos de protecção e de óculos de segurança Galago. Os fatos de segurança são apropriados para o isolamento dos perigos industriais, biológicos e infecciosos, enquanto os óculos de design inovador e peso reduzido podem ser utilizados para todas as necessidades na área industrial, construção e indústria biológica. Estes óculos são compatíveis com a utilização de óculos normais e são disponibilizados em vários modelos. www.3m.com

21_eq

artigo técnico-comercial [ redução do consumo energético com accionamentos de elevado rendimento ]

redução do consumo energético com accionamentos de elevado rendimento Luís Reis Neves, Eng. www.sew-eurodrive.pt

Resumo Os accionamentos são responsáveis por mais de 60% do consumo de energia eléctrica na indústria. Ao longo deste artigo, são analisadas as causas de perdas de rendimento e algumas formas de as ultrapassar. Os sistemas têm que ser abordados como um todo, já que a existência de um componente de baixo rendimento influencia drasticamente o rendimento global.

1. INTRODUÇÃO Numa altura em que as questões ambientais, como a poluição e o aquecimento global (e consequente degelo dos glaciares) estão na ordem do dia, os aspectos associados à energia adquirem especial destaque. As fontes de energia fóssil (petróleo, gás natural e carvão) estão a reduzir drasticamente e a constante instabilidade nos seus locais de exploração está a influenciar substancialmente os seus custos, o que obriga a uma séria reflexão acerca dos limites de consumo energético. Por conseguinte, é imprescindível reduzir as perdas na transformação de fontes de energia fóssil em energia eléctrica, mecânica e térmica. Não menos importante que a forma de produzir energia, em que o papel das renováveis se exige cada vez mais preponderante, é como esta se consome. As exigências económicas e ambientais são no sentido da racionalização e da eficiência do consumo, optimizando ao máximo a eliminação de desperdícios. Nesta complexa equação energética, a produção e o consumo são apenas duas das muitas variáveis.

2. O CONSUMO ENERGÉTICO A electricidade representa mais de 10% do consumo total de energia e o seu peso tem vindo a crescer ao longo dos anos. A indústria é responsável por cerca de 50% do consumo de energia eléctrica, sendo a maior fatia (60 a 70%) devido à utilização de motores eléctricos. De facto, a indústria está repleta de necessidades de movimentação, sendo esta assegurada em larga escala por accionamentos electromecânicos, compostos por motores eléctricos, redutores e, cada vez mais, conversores de frequência. Ao longo da vida útil de um motor (12 a 20 anos), o custo da energia eléctrica representa cerca de 90% do investimento total de exploração. 2.1. Aspecto Normativo O acordo voluntário obtido em 1999 entre a CEMEP (Associação Europeia de Fabricantes de Motores Eléctricos) e a Comissão Europeia sobre o rendimento de motores de 2 e 4 pólos, na gama de potências 1,1 a 90 kW, foi revisto em 2004. Os motores foram classificados de acordo com o seu rendimento. 22_eq

apresentado sob a forma de percentagem.

A potência de saída pode ser medida em rotações e binários e a potência de entrada em correntes e tensões.

Sendo n a rotação e M o binário EFFI – Motores de alto rendimento EFF2 – Motores de rendimento aumentado EFF3 – Motores sem qualquer requisito especial No gráfico 1, apresenta-se a definição de rendimentos EFF1 e EFF2 segundo a CEMEP e a posição da SEW-EURODRIVE relativa ao mesmos - Séries DT/DV (rotor em alumínio) e DTE/DVE (rotor em cobre).

Gráfico 1 Níveis de rendimento EFF1 e EFF2

Em 2002, a Austrália e Nova Zelândia estipularam o rendimento mínimo para os motores (MEPS – Minimum Energy Performance Standards). Desde Outubro de 2006, é obrigatório o uso de motores com rendimento da classe EFF1. A utilização de motores de alto rendimento é obrigatória na América do Norte e Canadá, desde os anos 90. Os valores limite do rendimento estão definidos nas regulamentações NEMA MG1 e CSA C390. No Brasil, os limites de rendimento foram definidos através da NBR7094. O rendimento dos motores é fortemente influenciado pelo seu regime de carga. A situação mais favorável em termos de rendimento e factor de potência (associado ao consumo de energia reactiva) é a operação entre os 75% e os 100% da carga. Apesar desta evidência, estima-se que na Europa, o factor de carga dos motores seja da ordem dos 60%.

3. MOTORES ELÉCTRICOS E CÁLCULO DO RENDIMENTO Os motores eléctricos são o tipo de máquina mais usado na indústria em virtude da sua grande versatilidade, gama de potências, robustez, duração, reduzida manutenção, baixa poluição, facilidade de produção e custos de aquisição relativamente baixos. Como qualquer máquina, o motor eléctrico, responsável pela conversão de energia eléctrica em energia mecânica, apresenta perdas. O rendimento é definido como sendo a razão entre a potência de saída (ao nível do veio de saída do accionamento) e a potência eléctrica absorvida à entrada. O rendimento é representado pela letra grega (η) e

Sendo U a tensão, I a corrente e cos ϕ o factor de potência. Dado que o rendimento é fruto da relação entre grandezas medidas e existindo erros nas medições (não existem aparelhos de medida 100% precisos), o seu valor apresenta alguma incerteza. Consoante a precisão dos aparelhos de medida e das condições em que as medições são realizadas, podem-se obter valores de rendimento com diferenças significativas. Por outras palavras, o método directo (razão entre a potência de saída e a potência de entrada) não é o mais adequado para a determinação rigorosa do rendimento do sistema. Em alternativa, deve utilizar-se o método indirecto. A potência de saída é calculada tendo por base as perdas. Como resultado, a fórmula de cálculo usada para determinar o rendimento é alterada para:

Infelizmente, nem todas as perdas do motor eléctrico podem ser medidas individualmente e com precisão. As perdas extraviadas do motor eléctrico são utilizadas no cálculo do rendimento de forma diferente consoante a norma em uso. No caso Europeu, aplica-se a norma IEC 60034, que na secção 2 específica que as perdas extraviadas representam 0,5% da potência de entrada. Contudo, este valor raramente é correcto. No caso de motores de baixa potência (P< 1,1 kW), as perdas extraviadas podem 23_eq

artigo técnico-comercial [ redução do consumo energético com accionamentos de elevado rendimento ]

atingir os 4%. Já em motores de elevada potência (P > 500 kW) o valor 0,5% é demasiado elevado. Conclui-se que, de acordo com a norma Europeia, o rendimento dos motores de baixa potência é inflacionado. As perdas extraviadas são tratadas de forma diferente se forem seguidas as normas IEEE112/CSA390, IEC61972.

4. FORMAS DE REDUZIR AS PERDAS NO MOTOR Depois de identificados os quatro tipos de perdas existentes no motor, a questão que se coloca é onde actuar para as reduzir. Um motor ideal tem perdas nulas e um rendimento de 100%, mas não é possível eliminar as perdas na sua totalidade. O gráfico 2 apresenta as distribuições das perdas em três tamanhos de motor. As perdas no cobre do estator e do rotor destacam-se claramente. Se lhes acrescentarmos as perdas no ferro, constatamos que as perdas por fricção e as perdas extraviadas são praticamente negligenciáveis.

Gráfico 2 Distribuição das perdas

› Baixar a resistência Teoricamente, é fácil reduzir a resistência do rotor. Actualmente, por razões económicas, o rotor standard é feito em alumínio. Apesar do alumínio ser condutor, do ponto de vista da condução eléctrica não é a melhor solução. Sob este ponto de vista, o cobre é muito mais vantajoso. Na tabela abaixo apresenta-se grandezas físicas destes dois materiais. CRITÉRIO Condutividade eléctrica [S/n] Coeficiente de temperatura [1/K]

ALUMÍNIO

COBRE

0,0039

0,0041

Densidade [g/cm3]

2,7

8,5

Temperatura de fusão [ºC]

658

1084

Tabela 1 Comparação entre o alumínio e o cobre

4.1. Perdas no cobre do estator As perdas causadas pela passagem de corrente eléctrica no estator representam 30% a 50 % do total de perdas. As medidas possíveis para baixar o seu valor são: › Baixar a resistência A resistência pode ser diminuída usando fios de maior secção. De forma a colocar mais cobre nas ranhuras, o tamanho destas teria que ser aumentado ou a tecnologia de bobinagem alterada. A alteração das ranhuras teria como consequência a alteração das características de binário do motor e a alteração da tecnologia de bobinagem aumentaria a carga de trabalho na produção do motor e consequentemente o seu custo. › Redução da corrente do estator Reduzir a corrente do estator significa que o motor usa menos potência, pelo que é necessário aumentar o tamanho do motor para obter o mesmo nível de potência. 4.2. Perdas no cobre do rotor As perdas causadas pela corrente no rotor são as segundas maiores, representando 20% a 30%. Possibilidades para as reduzir são: 24_eq

A comparação da condutividade eléctrica mostra que o cobre apresenta uma redução de resistência em cerca de 40%. Contudo, o rotor em cobre é mais pesado e, considerando a inexistência de modificações dimensionais, apresenta uma inércia superior. Por outro lado, mantendo o rendimento, é possível ter um rotor de menores dimensões. A elevada temperatura de fusão do cobre inflaciona o preço de construção. › Redução da corrente do rotor Reduzir a corrente do rotor do motor significa baixar a utilização do motor. Para manter a potência, torna-se necessário aumentar o tamanho do motor. 4.3. Qualidade da laminação As perdas no ferro podem ser reduzidas através da melhoria da qualidade da laminação. Contudo, o aumento da qualidade da laminação acarreta consigo maiores custos de produção. Com o aumento da qualidade da laminação conseguem-se reduzir as perdas no ferro em 20% a 25%. De acordo com o anteriormente exposto, conclui-se que a combinação rotor em cobre-laminação de melhor qualidade aumenta o rendimento do motor sem aumentar substancialmente o seu tamanho. A título de exemplo apresenta-se na tabela 2 o resultado relativo a um motor de 5,5 kW. A maioria dos fabricantes de motores optou pela solução mais simples: aumentar o tamanho do motor.

5. O ACCIONAMENTO Em muitas aplicações, além de motores, é imprescindível a utilização de redutores. No sistema modular da SEW-EURODRIVE, o moto-redutor é um sistema compacto, integrando dois componentes optimizados: o motor e o redutor. Sem acoplamentos nem elementos de transmissão, o moto-redutor tem como principais componentes um motor

Estator

Rotor

Perdas

I2 x R

extraviadas

Ferro

Fricção Total

Rendimento

Aumento da área activa (+10%)

+0,8%

Aumento do cobre no estator (+10%)

+0,6%

Uso de rolamentos com menor fricção

+++

+0,1%

Rotor em cobre em vez de alumínio

+++

+2,3%

Melhor qualidade da laminação

+++

+0,9%

+++

+3,2%

Combinação de rotor em cobre com melhor qualidade de laminação

Tabela 2 Medidas para redução das perdas num motor de 5,5 kW e efeito no rendimento

por si só economizador de energia e o correspondente redutor, sendo a solução óptima em matéria de accionamentos. Tendo como objectivo último a optimização do consumo de recursos energéticos, os redutores SEW-EURODRIVE foram optimizados através do recurso de várias medidas: › Utilização de engrenagens optimizadas e de elevado rendimento (até 98%). › Criteriosa selecção de lubrificantes para funcionamento praticamente isento de desgaste. › Redução ao mínimo das perdas por agitação através do uso de quantidades de lubrificante perfeitamente adaptadas. NOTA: No caso particular, aumento do rendimento até 50% em redutores de roda de coroa e parafuso sem fim, utilizando para efeito dois estágios de redução. 5.1. Variação Electrónica de Velocidade A utilização dos conversores de frequência da SEW-EURODRIVE permite a total adaptação dos accionamentos à aplicação possibilitando o controlo da velocidade, da posição e do binário. Tudo isto com um rendimento surpreendentemente elevado. 5.2. O Accionamento visto como um Sistema Como anteriormente descrito, o accionamento é composto pelo motor, pelo redutor e pelo conversor de frequência (caso exista). Como é óbvio, o rendimento de cada uma das partes influência o rendimento de todo o sistema. Não faz qualquer sentido investir em elevado rendimento de um dos componentes e desprezar o rendimento dos restantes. Considere-se o accionamento composto por: Motor de alto rendimento – η = 94% Conversores de frequência – η = 98% Redutor de roda-coroa e parafuso sem fim – η = 60% O rendimento do accionamento será: η = 0,94 x 0,98 x 0,60 = 0,55 O efeito de uma das partes com baixo rendimento (60%) leva a que o rendimento de todo o sistema seja de apenas 55,2%.

6. BOMBAS E VENTILADORES Nas bombas e ventiladores verifica-se uma relação cúbica entre o caudal médio e a potência do accionamento requerida. Durante a fase de projecto é necessário assegurar que o ponto de funcionamento a plena carga – 100% - é atingido em serviço contínuo. Na faixa de carga parcial tal facto significa que, a 80% do caudal médio, somente 50% da potência do accionamento é necessária, enquanto que, para um caudal médio a 30%, a potência do accionamento requerida é de 3%. Deste modo, o sistema de controlo da válvula de regulação tem de absorver, na faixa de carga parcial, a potência do accionamento desnecessária. O resultado é um nível significativo de perdas de energia.

Figura 1 Motores de alto rendimento com rotor em cobre BALANÇO DA POTÊNCIA COM VELOCIDADE E BINÁRIO VARIÁVEIS

Caudal médio

[%]

100

Velocidade

[%]

100

Potência do accionamento [%]

100

Tabela 3 Balanço da potência com velocidade e binário variáveis

Só em situações extremas, os accionamentos foram dimensionados para trabalho a um regime de carga de 100%. O normal é funcionar entre 70% e 80%. Recorrendo ao uso de variação electrónica de velocidade, o caudal (o mesmo é dizer rotação do motor) pode ser ajustado de forma conveniente permitindo economias de energia que em muitos casos atingem os 40%.

7. CONCLUSÃO A utilização de accionamentos de elevado rendimento permite a economia de energia eléctrica. É possível economizar milhões de kWh por ano! Não menos importante que o dinheiro que se economiza, há que considerar as questões ambientais que muito têm a ganhar com o uso racional dos meios energéticos. Como foi demonstrado anteriormente, é necessário ter em consideração o rendimento global de todo o sistema e os accionamentos são apenas a ponta do iceberg. Todos os sistemas de transmissão mecânica e ciclos de funcionamento devem ser analisados e optimizados. Do ponto de vista energético, um accionamento de baixo rendimento parado é mais vantajoso do que um accionamento de elevado rendimento a funcionar. Por isso, os accionamentos devem funcionar quando tal for necessário. Mais do que uma boa ideia, a economia de energia é uma obrigação. 25_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos Pedro R. Almeida, Henrique A. Matos*, Cristina Fernandes, Clemente Pedro Nunes Centro de Processos Químicos - Dep. Engª. Química e Biológica do Instituto Superior Técnico *henrimatos@ist.utl.pt

Resumo As ferramentas disponibilizadas pela Integração de Processos permitem a análise global de todo o processo contribuindo para a redução dos consumos energéticos e favorecendo uma utilização eficiente e sustentada da energia primária. As Metodologias de Integração de Processos possibilitam uma optimização paramétrica e estrutural das unidades industriais. Neste artigo, são analisadas as situações de aplicabilidade das Metodologias de Integração de Processos, bem como algumas questões colocadas por alguns industriais com dúvidas na eficácia da aplicação destas metodologias. Apresentam-se algumas respostas que podem ajudar a esclarecer e incentivar o investimento nesta análise/caracterização do Processo. Neste trabalho apresenta-se ainda um caso de estudo da reconversão de uma empresa portuguesa do sector da Madeira, onde foi possível caracterizar um aumento da eficiência energética em cerca de 14% e reduzir significativamente a factura de combustíveis para produção de energia térmica. O agravamento da situação de forte dependência energética em relação ao petróleo, pelo recente aumento do seu preço, favorece a substituição do thick fuelóleo por Biomassa florestal assegurando a sustentabilidade do todo sistema produtivo. Summary Process integration revealed that, by analysing the whole process, significant energy savings could be achieved, as well as a more efficient and sustainable use of the primary energy. Those Process Integration Methodologies and Tools allow a structural or a parametric optimisation of industrial processes. In this paper, the conditions of applicability of these methodologies and also a set of questions usually posed by industrials will be analysed. A case study for the retrofit of a Portuguese MDF plant will also be presented, showing an increase of the global efficiency and a significant reduction of the energetic costs, by replacing the usage of fuel oil by biomass.

1. INTRODUÇÃO Em resposta aos mais recentes desafios sobre a redução de consumos energéticos, preservação do ambiente e a sustentabilidade do sistema produtivo têm sido desenvolvidas e aplicadas muitas ferramentas tecnológicas. Uma das mudanças mais recentes de paradigma nesses esforços de aumento de eficiência refere-se a um redireccionamento da análise baseada no equipamento para um nível superior de análise sistémica de todo o Processo Industrial [1]. Para esta abordagem têm sido utilizadas as ferramentas disponíveis pela denominada Integração de Processos. Inicialmente proposta, por B. Linnhoff [2,3,4] no início da década de 80, para a determinação da rede optimizada de permutadores de calor, a sua utilização tem sido alargada a diferentes áreas de aplicação, tais como a redução de efluentes aquosos. Nas últimas décadas, os trabalhos de investigação desenvolvidos pelas universidades mas também os trabalhos de aplicação em unidades industriais ilustram a importância da obtenção de processos integrados e optimizados em termos, não só dos valores das 26_eq

variáveis importantes do Processo como também da própria configuração/estrutura processual. Qualquer alteração de um equipamento ou de características de uma corrente de processo (ex: temperatura de vapor, caudal, composição, etc …) propaga-se ao longo de todo o sistema em termos de operação e rentabilidade, pelo que a análise e compreensão global de todo o processo deverá ser um requisito mínimo para uma actuação de sucesso na persecução do incremento da competitividade na Indústria de Processos.

2. COMPONENTES PARA ATINGIR UM PROCESSO OPTIMIZADO A obtenção de um processo integrado e optimizado exige uma forte interacção multidisciplinar e deve incluir desejavelmente cinco componentes de alguma forma relacionadas entre si: Simulação, Termodinâmica, Síntese, Integração e Análise Económica. A Simulação de Processos é fulcral, na medida em que representa a capacidade de fazer funcionar o processo de uma forma virtual para diferentes cenários. Numa primeira etapa é exigida a transposição das relações existentes entre as variáveis através da escrita do Modelo do Processo para uma aplicação computacional (ex: Excel, gPROMS[5], Aspen[6], PRO-II[7], SuperPro[8], HYSYS[6]). Esta actividade de modelização pode ser baseada em equações de princípios básicos (modelo branco) ou em equações empíricas obtidas pela análise estatística do comportamento histórico da operação (modelo caixa preta). Modelos referidos como cinzentos podem ser um misto das componentes referidas. Especial atenção deve ser dedicada à Análise de Processos que determina, por estabelecimento das variáveis adequadas e das equações para cada bloco, os graus de liberdade do sistema. A existência de um número positivo de graus de liberdade deixa em aberto a possibilidade de Optimização técnico-económica do Processo. Os Métodos Termodinâmicos (MT) estão directamente relacionados com a actividade de Simulação, na medida em que

a sua escolha adequada conduz a resultados de elevada qualidade quando sujeitos à validação ou confronto com dados experimentais ou operacionais. De entre os vários MT destaca-se o tratamento do Equilíbrio de Fases que deve ser assegurado quer por uma equação de estado quer por modelos de coeficientes de actividade. Registe-se a importância crescente dos métodos de contribuição de grupos para representar com maior exactidão as propriedades de moléculas complexas. A Síntese do Processo envolve o estabelecimento de alternativas estruturais e constitutivas do sistema. Pode ser caracterizada pela escolha adequada de um percurso reaccional que minimize à partida a produção de produtos indesejáveis e a necessidade de recorrer a condições operacionais menos agressivas quer em termos energéticos quer em termos de segurança/ambiente (ex: baixa pressão e temperatura; redução de solventes; escolha adequada de solventes com solubilidade elevada e baixa toxicidade) [9]. A escolha adequada dos processos de separação dos efluentes reaccionais, nomeadamente naqueles onde ocorrem misturas azeotrópicas pode ter consequências explícitas nos consumos energéticos. A Integração de Processos (IP) propriamente dita é suportada pela capacidade de realização das actividades descritas anteriormente. As etapas fundamentais para este processo incluem a determinação dos consumos de energia térmica em todos os equipamentos, bem como a caracterização de todas as correntes quentes e frias do processo [10]. Os dados fundamentais para esta caracterização são o caudal, a composição, a temperatura e a pressão. Uma vez fiabilizados estes dados (pela operação, projecto, ou simulação) são utilizadas ferramentas gráficas, como por exemplo as curvas compostas. Neste diagrama de representação vectorial da temperatura de entrada e saída das correntes processuais em função da entalpia (ou potência térmica) é possível obter informação sobre as necessidades mínimas requeridas pelo processo antes da determinação da configuração final da estrutura processual de integração das unidades e correntes. Esta representação permite ainda conhecer o nível térmico (isto é, a temperatura) onde ocorre um estrangulamento no fornecimento de energia térmica, denominado o ponto de estrangulamento (pinch point). Outras ferramentas tais como a Cascata de Calor ou Curva Composta Global podem complementar os estudos de determinação de objectivos de consumo mínimo de Energia Térmica. A definição da estrutura da rede é obtida recorrendo a um diagrama de representação das correntes e das interligações adequadas respeitando regras práticas de colocação dos permutadores de calor, mas sobretudo cumprindo três princípios fundamentais da Integração de Processos: 1) Apenas se devem aquecer correntes que estejam a temperaturas superiores ao Ponto de Estrangulamento; 2) Apenas se devem arrefecer correntes que estejam a temperaturas inferiores ao Ponto de Estrangulamento 3) Nenhum permutador deverá ser colocado entre correntes cuja temperatura de estrangulamento se situe entre as temperaturas de entrada e saída das correntes nesse equipamento. A Integração Energética de Processos pode a um nível mais elevado recorrer a componentes processuais que ajudem a aumentar a eficiência global do Processo, fazendo a integração global com todo o sistema de utilidades. De entre estes, pode salientar-se a utilização de sistemas de cogeração (produção combinada de energia eléctrica e térmica) que devem ser dimensionados com base nas necessidades térmicas dos processos. A caracterização do sistema de cogeração é composta não só pela escolha do nível térmico exigido pelo processo (ex: tipo de vapor, água de aquecimento, fluido térmico, gases de combustão), mas também pelo tipo de combustível a utilizar no equipamento de queima (caldeira, turbina ou motores). A produção de energia a partir de fontes renováveis adquiriu especial importância no quadro da política energética da UE em virtude do agravamento da situação de forte dependência energética em relação ao petróleo pelo recente aumento do seu preço. O uso de Biomassa florestal para produção de energia eléctrica constitui uma 27_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

alternativa interessante à utilização de combustíveis de origem fóssil, de que Portugal é importador, e deve portanto ser explorada de forma sustentada e sempre que possível integrada numa estratégia adequada de cogeração, onde o aproveitamento da energia térmica permite valores de eficiência superiores a 85 %. A Análise Económica permite avaliar as alternativas apresentadas para o Processo Industrial sendo possível criar uma função objectivo que define a condição económica que conduzirá à obtenção dos valores óptimos para o funcionamento. Esse valor pode ser obtido através de métodos matemáticos adequados ao tipo de problema formulado. Em termos gerais, existem dois grupos de problemas que podem ser caracterizados pelo facto do modelo conter relações entre as variáveis que o torna não linear ou pelo contrário as relações entre variáveis podem ser descritas apenas por adições algébricas o que torna os modelos lineares. Em ambas as situações é possível, na grande maioria dos casos, resolver esses modelos através de solvers disponíveis e integrados em aplicações computacionais tais como GAMS, Lingo etc.

3. CONDIÇÕES DE APLICABILIDADE INDUSTRIAL DA INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS • As Metodologias de Integração de Processos (MIP) são aplicáveis a toda a indústria de processos químicos ou paraquímicos onde exista um elevado consumo de energia térmica e incluem a Química de base, polímeros, refinação de petróleo, petroquímica, celuloses, madeira, alimentar e farmacêutica. • A aplicação das MIP pode ser efectuada a pequenas, médias e grandes instalações sendo habitualmente as reduções obtidas proporcionais à dimensão do Processo. • As empresas onde se pretende aplicar as MIP devem estar preparadas para efectuar um investimento de forma a efectivar as alterações ao processo. O valor desse investimento é habitualmente pequeno e principalmente este tipo de projectos são caracterizados por um tempo de retorno do investimento muito curto (tipicamente inferior a dois anos), no entanto é fundamental não esquecer a expressão “custa dinheiro fazer dinheiro”. • As MIP são aplicáveis a processos contínuos e descontínuos, sendo que nestes últimos é mais difícil analisar e implementar as soluções identificadas uma vez que existe um funcionamento associado a um determinado escalonamento temporal das tarefas. Habitualmente tarefas onde o potencial de integração é elevado ocorrem em intervalos de tempo diferentes pelo que dever-se-á procurar formas de armazenamento intermédio de calor [11,12]. • Estas MIP podem ser utilizadas em processos já em funcionamento, em situações de reconversão de unidades ou em projectos novos. Estes últimos têm a vantagem de poderem criar uma flexibilidade adicional através das alterações de layout para minimizar as perdas por transporte de fluidos que estão envolvidas em soluções de integração. Também se pode referir que a aplicação das MIP a unidades industriais mais recentes revela-se mais interessante em termos de resultados finais na medida que existe já uma filosofia de flexibilidade e de layout mais adequado, imposta pelos actuais licenciadores. • A implementação das soluções encontradas, pela aplicação das MIP, deve ser enquadrada no plano geral de investimentos da empresa. O escalonamento dessas alterações é habitualmente iniciado pela aplicação dos pequenos projectos de baixo investimento e tempos de retorno curtos. Esta estratégia permite gerar uma maior confiança nas MIP e também dotar as empresas de fundos necessários para a implementação de outras medidas de Integração de Processos. • A visão global de todos os consumos energéticos da empresa e eventualmente de potenciais entidades vizinhas (industriais ou comunitárias) que possam ser envolvidas como receptoras/fornecedoras de calor pode ser crucial na análise energética e no sucesso para o aumento da eficiência energética global. As MIP, sendo um conjunto 28_eq

de ferramentas sistemáticas e baseadas em Princípios Fundamentais da Termodinâmica, permitem habitualmente a identificação de soluções de integração que não são intuitivas mesmo para os engenheiros experientes quando aplicam a sua heurística e/ou recorrendo a técnicas de brainstorming.

4. QUEBRAR A INÉRCIA PARA APLICAÇÃO DA INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA DE PROCESSOS Por vezes são referidas algumas limitações ou obstáculos à aplicação das Metodologias de Integração de Processos (MIP) tais como o layout industrial é desadequado ou a segurança em caso de ruptura de tubagem entre correntes integradas com materiais pouco compatíveis. Não pretendendo ser exaustivo deixamos nesta secção uma lista de questões frequentes dos industriais relacionadas com os argumentos mais comuns para evitar a aplicação das MIT, isto é, algumas respostas possíveis para ajudar a quebrar a inércia da posição cómoda de algumas empresas industriais. a) Não há recursos para suportar os estudos de Integração de Processos! R: A equipa que pretende efectuar a aplicação das MIP deve trabalhar inicialmente segundo um cenário de valores aproximados obtidos através de estudos anteriores (ex: auditorias energéticas ou ambientais, dados de projecto, dados de relatórios sobre outros aspectos, etc) de modo a obter uma antecipação de potencialidade de aplicação real da Integração de Processos, permitindo assim mostrar que a própria implementação das alterações paga os estudos. b) Já tentámos algo semelhante mas não resultou em nenhum projecto! R: A grande maioria dos Processos Industriais não são estáticos, apesar de poderem funcionar em estado estacionário, isto significa que em cada paragem forçada ou por manutenção ocorrem com frequência alterações processuais na estrutura ou no valor das variáveis (ex: caudais, temperaturas, etc.). Assim um estudo pode ficar de-

sactualizado em pouco tempo dependendo da dinâmica imposta pelos responsáveis da Produção. Uma reanálise sistemática de forma periódica eventualmente aproveitando os momentos da Auditoria Energética é absolutamente recomendada. c) Esses conceitos funcionarão na minha unidade industrial? Ela tem uma operação muito particular! R: Existem registos de aplicação das MIP nos mais diversos sectores Industriais onde o consumo de Energia Térmica é apreciável. Os resultados e a adaptação das ferramentas básicas das MIP são feitos de acordo com a especificidade da Unidade Industrial em estudo. Cada indústria tem as suas especificidades, no entanto os resultados finais pretendidos são razoavelmente semelhantes, isto é, consegue-se um aumento da eficiência global através da redução dos consumos energéticos específicos. d) Já alguém aplicou as MIP com sucesso? Será o nosso processo muito pequeno/muito grande para aplicar esta metodologia? R: Tal como se referiu na resposta anterior diferentes sectores industriais utilizaram as MIP para obter estruturas processuais mais integradas que promoveram a redução dos consumos específicos de energia térmica e permitiram por exemplo aumentar o valor da produção nominal sem alterar a capacidade da Central de Energia térmica (ex: vapor, água quente ou outros fluidos térmicos) [1]. A dimensão do processo não é impeditiva da aplicação das MIP, apenas pode condicionar o tempo de extracção de dados de sistemas de complexidade elevada e a eventual necessidade de englobar as vizinhanças industriais para casos de unidades pequenas com potencial interno de integração razoavelmente reduzido. e) A pessoa mais conhecedora do processo é o director de produção, pelo que não há ninguém que venha do exterior capaz de fazer melhor! Ninguém poderá entender o nosso processo! R: O sucesso da aplicação das MIP é tanto maior quanto mais envolvidos estiverem os directores de Produção, os chefes de

turno, operadores e operários em geral. Todos devem ser ouvidos para a mais correcta extracção dos dados e validação dos mesmos. A etapa seguinte será envolver os mesmos agentes industriais na apresentação dos cenários de alterações para que seja discutida a viabilidade técnica/operacional das soluções encontradas. As situações relatadas na literatura e a experiência actual deste grupo mostra que a incorporação do conhecimento existente sobre o processo, nomeadamente determinadas restrições operacionais e/ou de layout bem fundamentadas, evitam dispêndio de tempo em caracterização de cenários de alterações impossíveis. f) Parece que as ideias são excelentes mas para tal devem pedir para falar com outra pessoa que autorize/viabilize os estudos. R: Por vezes face à elevada indisponibilidade do director de Produção, absorvido na resolução dos assuntos correntes, haverá a necessidade de ultrapassar esta situação com dois níveis de actuação. Primeiro, obter a autorização e apoio deste ou de um hierárquico superior (ex: administrador delegado, administrador executivo) para realizar os estudos com a promessa de não lhe exigir muito tempo diário. Segundo, envolver os chefes de turno e operadores apenas para confirmar valores e nunca para exigir a compilação de uma lista de dados em falta. A disponibilidade efectiva para a obtenção dos dados/medições de campo deve ser expressa claramente pelo grupo que se propõem a realizar os estudos de IP. g) Não gosto de participar em estudos que envolvem ferramentas que desconhecemos na empresa e nos causam algum desconforto na posterior interpretação de resultados. R: Esta questão também poderá ser abordada a dois níveis. Cursos de formação sobre as ferramentas básicas das MIP devem ser disponibilizados aos quadros da empresa e/ou chefes de turno. Se tal não for viável por algum motivo intransponível, então os resultados da aplicação das MIP devem ser traduzidos em linguagem mais adequada à gíria industrial nas sessões de apresentação e discussão. h) Agora não é altura apropriada! Vamos incluir esse estudo no plano estratégico de longo-prazo da empresa! R: Cada dia que passa sem Integração de Processos é uma manifesta perda de oportunidades que existem potencialmente no Processo Industrial.

5. ENQUADRAMENTO NACIONAL A aplicação das Metodologias de Integração de Processos tem um enquadramento português através do Grupo Nacional para a Integração de Processos (GNIP). Este grupo é um consórcio de instituições, empresas e universidades constituído em 7 de Abril de 1995 com o objectivo genérico de divulgar e promover as metodologias de Integração de Processos em Portugal. Este consórcio manteve o apoio necessário à participação portuguesa no Acordo Internacional para a Integração de Processos no âmbito da AIE-Agência Internacional Energia (1995-2005). O GNIP participou ainda num Anexo sob o título “ENERGY SYSTEMS INTEGRATION BETWEEN SOCIETY AND INDUSTRY INCLUDING COGENERATION SYSTEMS AND POWER PLANTS”, que integrou ainda a Finlândia, Canadá e Suécia. Actualmente o GNIP participa no Acordo da AIE denominado Industrial Energy-related Technology & Systems (IETS). Este acordo engloba vários anexos: Pasta de Papel (com o actual anexo “Black Liquor Gasification”); Tecnologias de Separação; Tecnologias, Sistemas e Redes. O GNIP tem nos últimos anos comparticipado alguns projectos de divulgação e aplicação das metodologias de Integração de Processos. Diferentes empresas portuguesas foram já alvo de aplicação das metodologias de IP. Podendo ser apontados os estudos no sector da Química de Base, Adubos, Têxtil, Celulose, Petroquímica e Madeira. 29_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

6. CASO DE ESTUDO - PROCESSO DE FABRICO DE MDF O MDF (Medium Density Fiberboard, que pode traduzir-se como placa de aglomerado de fibras de média densidade) é fabricado por via seca a partir de fibras de madeira aglutinadas por resinas, mediante a aplicação de calor e pressão em prensa até se obter um produto com uma densidade na ordem de 650-850 kg/m3. Este produto derivado da madeira apareceu pela primeira vez no final da década de 1970 nos E.U.A. como complemento à utilização da madeira ou mesmo a sua substituição na indústria do mobiliário, embora muitos outros usos tenham sido descobertos, como sejam aros, peitoris, rodapés, portas, etc. A produção de MDF em Portugal é ainda relativamente recente, existindo apenas três fábricas em operação: › MADIBÉRIA (Nelas), pertencente ao grupo espanhol FINSA. O arranque deu-se em 1988 com uma capacidade instalada de 120 000 m3/ano. › SIAF (Mangualde), do grupo SONAE, tendo arrancado em 1990 com uma capacidade de 120 000 m3/ano. Esta fábrica incrementou a sua capacidade em 1995 para 280 000 m3/ano com o arranque de uma segunda linha de produção. › VALBOPAN (Nazaré), inicialmente do Grupo Mendes Godinho, agora pertença do Grupo Investwood. Arrancou em 1990 com uma capacidade instalada de 40 000 m3/ano, num sítio industrial que foi remodelado para passar a produzir exclusivamente MDF (produzia anteriormente Hardboard). O MDF, em Portugal, é fabricado exclusivamente a partir de madeira de pinho. A matéria-prima é em geral fornecida sob a forma de troncos (rolaria) ou de estilha, pequenos pedaços de madeira destroçada com cerca de 5 cm de lado. Para garantir a agregação das fibras podem usar-se resinas de Ureia-Formaldeído (UF), Ureia-Melamina-Formaldeído (UMF), Fenol-Formaldeído (PF) ou Isocianatos (IC), sendo as quantidades típicas na ordem de 7-12% de resinas na placa final. As resinas de UF são as mais usadas, devido ao seu preço menor e à aparência final da placa. Juntamente com a resina são misturados 30_eq

outros aditivos, como endurecedores (sais de amónio de ácidos fortes, como o nitrato e o sulfato de amónio). Para suprimir a reacção de polimerização até à prensagem da placa adiciona-se uma solução de amónia, para elevar o pH. Na fase de prensagem, a amónia é evaporada provocando um abaixamento do pH e permitindo a polimerização da resina. Outros aditivos podem ser ainda considerados tais como a parafina, para diminuir o inchamento em contacto com água, corantes e/ou aditivos ignífugos. Na unidade da VALBOPAN os toros de pinho são descascados e destroçados em pedaços (estilha) de cerca de 5 cm de lado. Após classificação em crivos vibratórios, a estilha é lavada para remoção de metais, terras e sílicas. A estilha lavada é comprimida por acção de um parafuso sem-fim para remoção do excesso de água, e entra no pré-aquecedor, onde é cozida sob a acção de vapor de 8 bar. A fibra cozida é posteriormente desfibrada mecanicamente, dando-se a adição de resinas e restantes aditivos imediatamente a seguir a este passo. A humidade total da corrente de fibra encolada, i.e. fibra mais a mistura de colas e aditivos, juntamente com o vapor do pré-aquecimento, é neste ponto superior a 50%. Esta fibra é alimentada a um secador, onde entra em co-corrente com ar aquecido, sendo descarregada no final após a passagem por um ciclone, com uma redução de 80% da humidade. A humidade de saída é da ordem de 10-12%. A fibra seca é disposta em manta e prensada a quente até à espessura final. A densidade da placa final pode oscilar entre 650 e 850 kg/m3, dependendo da espessura – espessuras maiores implicam menor densidade. Após a etapa de remoção das aparas dos bordos e arrefecimento, a placa fica em repouso por um período mínimo de 48 horas, para permitir a cura total das resinas. Em seguida, a placa é calibrada – é removido o primeiro milímetro de cada face por lixagem, obtendo-se assim o produto final, que pode ser ainda cortado à medida do cliente.

Figura 1 Diagrama de Blocos do Processo Produtivo de MDF.

Actualmente a energia térmica na Valbopan é gerada exclusivamente numa caldeira mista de biomassa/thick fuelóleo. O custo de madeira para queima é de cerca de 9 vezes inferior ao valor médio de compra de fuelóleo por tonelada. Os outros dois produtos utilizados na caldeira, aparas de MDF e pó da calibragem consideram-se de custo zero.

O poder calorífico inferior (PCI) é de cerca de 40570 kJ/kg para o thick fuelóleo e cerca de 17000 kJ/kg para uma mistura combustível sólido que inclui madeira de pinho, aparas de MDF e pó de MDF. Os valores obtidos para os consumos, custos e produção de energia térmica para os diferentes tipos de combustível encontram-se nas figuras seguintes:

No desfibrador a adição de vapor é efectuada a 8 bar(g) à razão de 0,8 ton vapor/ton fibra seca, o que equivale a um consumo de 2,6 MW. Por fibra seca entende-se a quantidade de sólidos presentes na placa acabada. Para uma humidade de entrada da madeira de 50% e para a produção de MDF Standard de 30mm, que é uma das produções mais exigentes devido à elevada razão cola/fibra seca e correspondente maior acréscimo da humidade, a potência exigida no secador é de 5,2 MW. Os balanços de massa e energia realizados às prensas quentes permitiram estimar uma potência térmica constante de 2 MW. A Figura 5 apresenta um diagrama de blocos muito simplificado onde são apresentados as principais unidades consumidoras e produtoras de energia térmica no processo:

Figura 2 Estrutura de Consumo de Combustíveis (base em ton), ano 2006.

Figura 5 Diagrama de blocos do Processo na configuração actual. Figura 3 Estrutura de Produção de Energia (base em GJ), ano 2006.

Figura 4 Estrutura de Custos de Combustível (base em euros), ano 2006.

Em termos relativos o fuelóleo representa a quase totalidade dos custos energéticos do processo, apesar de conferir apenas 29% da energia primária consumida. A desagregação principal dos consumos de energia térmica no processo pode fazer-se em três grandes grupos: › Desfibrador › Secador de Fibra › Prensas Quentes

A análise dos valores de potência térmica exigida em cada uma das etapas permite verificar que mais de metade do consumo energético da unidade ocorre no secador. Por outro lado verifica-se uma falta de capacidade de permuta neste equipamento, nomeadamente na área de transferência de calor da bateria de aquecimento de ar e na insuficiente disponibilidade de vapor pela central/caldeira. Esta situação constitui um estrangulamento do processo para os inevitáveis cenários futuros de aumento da produção. Em adição ao estrangulamento referido de falta de capacidade da caldeira actual para satisfazer as necessidades térmicas futuras, esta consome fuelóleo, um combustível cujo preço e efeitos ambientais associados o tornam desadequado. Em relação à madeira o custo de fuelóleo é cerca de 9 vezes superior, embora só possua um poder calorífico 2,4 vezes mais elevado. Para além deste facto, a actual caldeira e a linha de vapor encontram algumas deficiências conceptuais: a primeira não possui economizador complementar, expelindo os gases de combustão a uma temperatura elevada; a segunda introduz muitas perdas de carga na linha, sendo o vapor gerado a 20 bar(g) mas chegando aos equipamentos finais a cerca de 17 bar(g). Para aumentar a rentabilidade desta unidade produtiva torna-se necessário não só resolver o problema do estrangulamento do fornecimento de energia térmica ao secador de modo a conseguir um efectivo aumento de produção na ordem dos 20 a 25%, como também considerar a possibilidade da substituição do fuelóleo. A Figura 6 ilustra através de uma representação de entradas os consumos médios de combustíveis e as saídas térmicas exigidas pelo processo para a situação actual e as expectativas futuras. 31_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

Figura 6 Diagrama de representação de consumos médios de combustíveis e energia útil na situação actual e a expectativa futura.

A re-estruturação do processo assenta em dois pilares fundamentais: i) a aquisição de uma nova caldeira de maior capacidade nominal que funcione exclusivamente a biomassa (madeira/carrasca para queima, aparas e pó); ii) o aproveitamento “integral” da entalpia residual dos gases de combustão após uma primeira troca de calor numa caldeira de aquecimento de termofluido. Os valores apresentados na Figura 6 mostram para a situação futura com o novo sistema integrado um acréscimo na eficiência energética obtida. A nova unidade permitirá a obtenção de um aumento de capacidade de produção garantindo consumos energéticos específicos mais baixos e a substituição integral do combustível fóssil primário (thick fuelóleo) por Biomassa, sendo previsível uma redução na ordem dos 40% da factura actual de combustíveis para produção de energia térmica. O novo diagrama do Processo Integrado é apresentado na Figura 7. É de salientar que foram analisados dois cenários para as unidades intermédias de transferência de calor de modo a satisfazer as necessidades térmicas do desfibrador e das prensas.

Figura 7 Diagrama de blocos do Processo na configuração futura.

O novo sistema de produção de energia térmica a instalar reconfigura totalmente a utilização de energia no processo. Os gases de escape, aquecem óleo térmico de 240 a 280 ºC, abandonando o gerador de termofluido a 380 ºC. O secador utiliza directamente esse caudal de gases após a sua diluição com uma corrente 32_eq

de ar atmosférico até à temperatura de 180-190 ºC. Estima-se que a temperatura de saída da corrente gasosa seja de 6070 ºC, contendo para além dos gases de combustão o vapor de água removido na secagem das fibras. Para o cenário I considerou-se a geração de vapor saturado a 19bar (~210ºC), posteriormente expandido até 8 bar para entrada no desfibrador. A água quente em equilíbrio seria alimentada às prensas. A entrada e saída de termofluido dá-se a 280 e a 240 ºC, respectivamente. A alimentação de água ao gerador de vapor, composta por make-up e retorno de condensados das prensas, ocorre a uma temperatura de cerca de 130 ºC. No cenário II o termofluido é utilizado para gerar vapor a 13 bar a partir de água desmineralizada fresca (25 ºC), com redução para 8 bar, que entra no desfibrador. Este termofluido permite também produzir, num permutador de caixa e tubos, água pressurizada a cerca de 200-210 ºC para aquecimento dos pratos das prensas. A simulação dos dois cenários com o Software Aspen Plus 2004 revelou que o consumo de potência térmica necessário para o gerador de vapor no caso do cenário I era superior em cerca 64 % face ao consumo necessário para fazer funcionar o sistema de acordo com a estrutura do cenário II, com a combinação do permutador de calor e do gerador de vapor de menores dimensões a funcionar a uma pressão menor.

7. CONCLUSÕES Numa sociedade global onde a gestão do conhecimento deverá ser o novo paradigma empresarial, foram neste artigo apresentadas ferramentas que podem contribuir para a melhoria da eficiência energética de Processos com consumos de energia térmica apreciáveis. As condições de aplicabilidade e algumas barreiras à utilização das Metodologias de Integração de Processos foram identificadas e analisadas. Finalmente foi apresentado um caso de estudo de uma reconversão de uma empresa portuguesa na fileira da Madeira. Neste nova estrutura Processual é possível au-

mentar a eficiência energética em cerca de 20%, sendo os custos da factura de combustíveis primários a utilizar significativamente reduzidos na medida que é possível substituir um combustível primário fóssil (fuelóleo) por Biomassa. Esta alteração insere, para além dos efeitos económicos evidenciados, uma significa redução de emissões de gasosas com efeito de estufa.

BIBLIOGRAFIA [1] Dunn, R.F., El-Halwagi, M.M. “Process Integration Technology Review: background and applications in the chemical process Industry”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology , 78: 1011-1021, 2003. [2] Linnhoff, B. , Turner, J. A., “ Heat-recovery networks: new insights yield big savings”, Chemical Engineering, November, 2, 56-70, , 1981; [3] Linnhoff, B., Polley, G. T., Shadev, V., “ General Process Improvements through Pinch Technology”, Chemical Engineering Progress, 51-58, June 1988; [4] Linnhoff, B., Smith, R., Williams, J. D., “The Optimisation of Process Changes and Utility Selection in Heat Integrated Processes”, Trans IchemE, 68, Part A, May 1990; [5] http://www.psenterprise.com/gproms/index.html, Março 2007

AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio prestado pelo grupo Investwood através do contrato de cooperação com o IST/DEQB e em particular ao Engº. Costa Cabral, Engª. Alexandra Gouveia e Engº. Filipe Pedrosa na obtenção de dados de operação e na caracterização técnica do Processo Produtivo de MDF. Também se agradece o co-financiamento ao projecto concedido pelo GNIP – Grupo Nacional para a Integração de Processos.

[6] http://www.aspentech.com/, Março 2007 [7] http://www.simsci-esscor.com/us/eng/products/productlist/proII/default.htm, Março 2007 [8] http://www.intelligen.com/superpro_overview.shtml, Março 2007 [9] Relvas, S., Fernandes, M. C., Matos, H. A., Pedro Nunes, C. “Integração de Processos - Uma metodologia de optimização energética e ambiental”, Brochura editada no âmbito do Projecto EstratPIP apoiado pelo POE, 2003. [10] Douglas, J.M., Conceptual Design of Chemical Processes”, McGrawHill, 1988 [11] Pourali, O., Amidpour, M., Rashtchian, D., “Time decomposition in batch process integration”, Chemical Engineering and Processing, 45 (1), 14-21, January 2006; [12] Kleme, J., Stehlík, P., “Recent novel heat integration developments: improved operation, multi-period utilities systems, batch process scheduling, pressure consideration, retrofit, cost factors, energy price forecasts and industrial case studies”, Applied Thermal Engineering, 23 (14), 1723-1728, October 2003;

PUB

33_eq

dossier energia [ tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica ]

tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica João Nunes1,2, Fausto Freire2 1 IN+, Instituto Superior Técnico, e-mail: joao.nunes@dem.uc.pt 2 ADAI, Dep. Eng. Mecânica, Universidade de Coimbra, e-mail: fausto.freire@dem.uc.pt

34_eq

Resumo A biomassa, enquanto fonte de energia – bioenergia –, constitui uma fonte renovável para a produção de electricidade, calor ou biocombustíveis, sendo actualmente considerada uma estratégia chave para substituir os combustíveis fósseis, aumentando a segurança no abastecimento de energia e diminuindo as emissões de gases com efeito de estufa (GEE). A maior parte da biomassa é, no entanto, utilizada tradicionalmente com base em processos ineficazes, poluidores e muito ineficientes em termos energéticos. Portugal apresenta um elevado potencial para o aproveitamento energético da biomassa lenho-celulósica (bl-c), a qual pode ser convertida por processos de conversão física, termoquímica ou bioquímica numa extensa gama de vectores energéticos. Em particular, as tecnologias termoquímicas de gaseificação e pirólise permitem uma elevada flexibilidade na produção de electricidade, conjugando uma considerável diversidade no tipo e composição da bl-c admitida com uma elevada gama de potências eléctricas. Neste artigo analisa-se comparativamente a gaseificação e a pirólise integradas em centrais de ciclo combinado (GICC e PICC) e a combustão directa de biomassa em termos tecnológicos, de eficiência energética e de ganhos ambientais. Os resultados mostram que as tecnologias GICC e PICC têm uma eficiência eléctrica muito superior à combustão directa, verificando-se, no entanto, que a eficiência está fortemente correlacionada com a dimensão da central. A elaboração de inventários de ciclo de vida de emissões de GEE para a GICC e centrais convencionais a carvão permitiu identificar quais as fases mais relevantes e quantificar as emissões de GEE evitadas quando a electricidade é produzida com base em biomassa em vez de carvão.

Summary The conversion of energy to biomass (bioenergy) is a renewable way to produce electricity, heat or biofuels, being one of the key options to substitute fossil fuels, aiming at increasing the security of supply and mitigate greenhouse gas (GHG) emissions. However, biomass resources are currently mainly used in traditional processes with low energy efficiency and environmental performance. In Portugal there is an important potential for ligno-cellulosic biomass, which can be converted to a wide range of secondary energy carriers by a variety of physical, thermochemical and biochemical technologies. Thermochemical conversion technologies, in particular, show a very high flexibility for electricity production by encompassing a wide range of different types and sources of biomass for a large range of electric power capacities. This paper presents a comparative assessment of advanced (Integrated Gasification Combined Cycle and Integrated Pyrolysis Combined Cycle – IGCC and IPCC) and conventional (direct combustion) biomass-toelectricity processes based on technological aspects, energy efficiency and environmental benefits. The results show that IGCC and IPCC have considerably higher energy efficiencies than direct combustion, and that efficiency is power size dependent. A life cycle inventory of GHG emissions has been performed for IGCC and coal power plants, which permitted the quantification of avoided GHG emissions when biomass replaces coals in the production of electricity.

1. INTRODUÇÃO A biomassa, enquanto fonte de energia – bioenergia –, é actualmente considerada como uma estratégia chave para substituir os combustíveis fósseis, aumentando a segurança no abastecimento de energia e diminuindo as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) [1,2]. No entanto, actualmente na União Europeia (EU) a biomassa cobre apenas 4% das necessidades energéticas. De acordo com o Plano de Acção da Biomassa, COM 628 (2005), a EU poderia mais do que duplicar a utilização da biomassa até 2010 (de 69 Mtep em 2003 para cerca de 185 Mtep em 2010) – sem deixar de respeitar as boas práticas agrícolas, de salvaguardar a produção sustentável de biomassa e não afectando de forma significativa a produção interna de produtos alimentares. Em termos mundiais, a biomassa satisfaz actualmente 9% a 14% das necessidades globais de energia, sendo particularmente relevante nos países em vias de desenvolvimento [3,4]. No entanto, a maior parte da biomassa é utilizada tradicionalmente com base em processos ineficazes, poluidores e muito ineficientes em termos energéticos [5]. A biomassa pode ser definida como “a fracção biodegradável de produtos e resíduos provenientes da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), da silvicultura e das indústrias conexas, bem como a fracção biodegradável dos resíduos industriais e urbanos”, Directiva n.º 2003/30/CE. A biomassa, como recurso energético, constitui uma fonte renovável para a produção de electricidade, calor ou combustíveis para os transportes (biocombustíveis). A biomassa é frequentemente classificada em função da origem ou da composição química. Na Figura 1 apresenta-se uma classificação da biomassa, de acordo com a origem, estruturada em dois tipos principais: natural e antropogénica. Considera-se biomassa natural aquela que é gerada nos ecossistemas, tanto em forma de resíduo como em forma de árvore e plantas, sem que tenha existido qualquer intervenção do Homem até à recolha. A biomassa antropogénica, como o seu nome indica, é a biomassa cuja formação resulta da intervenção do Homem.

Figura 1 Classificação da biomassa quanto à sua origem.

De acordo com a composição química, a biomassa pode classificar-se em quatro grupos distintos: oleaginosa; amilácea; açucarada e lenho-celulósica. Na perspectiva do aproveitamento energético, a biomassa oleaginosa (girassol, colza, soja, …) pode ser convertida em substitutos do gasóleo, vulgarmente designados por biodiesel [6]. A biomassa rica em açúcar (biomassa açucarada, como a cana-de-açúcar e a beterraba) e em amido (biomassa amilácea, e.g. os cereais) podem ser fermentadas, originando bioetanol, para utilização em motores a gasolina [7]. A biomassa lenho-celulósica (bl-c) é constituída por celulose, hemicelulose, lignina e constituintes menores, podendo ser convertida numa extensa gama de vectores energéticos com utilização final nos sectores in-

dustrial, dos transportes ou doméstico. A Figura 2 apresenta, para os quatros tipos de biomassa, os vectores energéticos e as utilizações finais mais relevantes, evidenciando o elevado potencial e flexibilidade da biomassa lenho-celulósica enquanto fonte de energia para diversas utilizações finais. Em Portugal, a biomassa predominante é a lenho-celulósica, sendo a floresta a sua principal fonte, a qual representa um terço da área total do País. De acordo com o Inventário Florestal Nacional de 2005-2006, DGRF (2006), a área ocupada por povoamentos florestais em Portugal continental corresponde a cerca de 3100 mil hectares. No entanto, a produção de electricidade em Portugal com base em bl-c é relativamente limitada, constituindo apenas cerca de 3,5% a 3,8% do total de electricidade produzido nos últimos 5 anos [8]. Embora existam duas centrais termoeléctricas convencionais de resíduos florestais em Portugal (Mortágua: 9 MWe; Vila Velha de Ródão: originalmente com 3,5 MWe, reconvertida em 2007 para 13,2 MWe), a sua produção é relativamente reduzida (0,1% do total de electricidade), sendo a maior parte da electricidade produzida no sector industrial (2,3% a 2,7%) com base em cogeração e em centrais de tratamento de resíduos sólidos urbanos (0,9% a 1,1%) [8]. Em termos futuros prevê-se um considerável aumento na produção de electricidade com base em bl-c, com a instalação de cerca de 10 a 15 novas centrais de biomassa florestal, cujo concurso foi lançado em 2006, e com a implementação de co-combustão de biomassa nas centrais convencionais a carvão. As tecnologias de conversão energética da bl-c podem ser classificadas em três grupos distintos: conversão física (e.g., peletização); conversão termoquímica (e.g., combustão, gaseificação, pirólise, …); e conversão bioquímica (e.g. hidrólise). De acordo com diversos autores [9,10], os processos termoquímicos são, de um modo geral, os mais apropriados para a produção de electricidade e permitem uma elevada flexibilidade, conjugando uma 35_eq

dossier energia [ tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica ]

Figura 2 Tipos de biomassa, vectores energéticos e energia final.

considerável diversidade no tipo e composição da bl-c admitida, com uma elevada gama de potências eléctricas. A Figura 3 descreve as principais tecnologias termoquímicas para a produção de electricidade com base em bl-c, sendo os três principais tipos: combustão directa; gaseificação; e pirólise. De acordo com Dinkelbach [9], uma distinção importante entre os processos termoquímicos está relacionada com a quantidade de oxigénio fornecido ao processo. Na combustão directa o fornecimento de oxigénio deve ser suficiente para garantir uma combustão completa, que tem como resultado a produção de gases quentes (CO2, H2O, N2). Na gaseificação o oxigénio fornecido é insuficiente para ocorrer uma combustão completa, resultando um gás que contém componentes combustíveis (CO, H2, CH4, CxHy). A pirólise ocorre na ausência de oxigénio, tendo por base uma série de reacções químicas complexas que ocorrem sob acção do aumento da temperatura, que resultam na formação de produtos combustíveis no estado líquido (“bio-oil”óleo da pirólise), sólido (carvão da pirólise) e gasoso.

Figura 3 Tecnologias de conversão termoquímica para a biomassa lenho-celulósica.

36_eq

O presente artigo tem como principal objectivo analisar comparativamente as tecnologias termoquímicas avançadas (gaseificação e pirólise) com as convencionais (combustão directa) de produção de energia eléctrica, com base em bl-c, em termos tecnológicos, de eficiência energética e de ganhos ambientais em termos de emissões evitadas de GEE. O artigo está organizado em 4 secções, incluindo esta introdução. Na próxima secção descrevem-se as tecnologias de gaseificação e pirólise, integradas com ciclo combinado. Na secção 3 apresenta-se uma avaliação comparativa dessas tecnologias em conjunto com a produção convencional de electricidade com carvão, em termos de eficiência energética e de emissões de GEE. Na secção 4 apresentam-se as principais conclusões.

2. TECNOLOGIAS AVANÇADAS PARA A PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE COM BASE EM BIOMASSA LENHO-CELULÓSICA O aproveitamento energético da biomassa pode ser concretizado através de múltiplas possibilidades tecnológicas, conforme foi resumidamente explicado na secção anterior. O presente artigo tem como principal objectivo avaliar a produção de electricidade com base na biomassa lenho-celulósica e, neste contexto, as tecnologias avançadas que apresentam maior potencial actual são a gaseificação e a pirólise, com particular destaque para a sua implementação em centrais de ciclo combinado dos seguintes tipos: GICC – gaseificação integrada com ciclo combinado; e PICC – pirólise integrada com ciclo combinado, caracterizados por valores de eficiência energética consideravelmente mais elevados do que os associados ao processo convencional de combustão directa da biomassa [1,11,12]. As centrais de ciclo combinado integram dois ciclos, o primeiro de gás combustível e o segundo de vapor de água, produzindo ambos energia eléctrica. Estes dois sistemas estão interligados por uma caldeira de recuperação (HRSG), na qual se recupera parte da energia dos gases de escape da turbina a

gás, para produzir vapor de água, o qual alimenta a turbina a vapor. De seguida apresentam-se resumidamente as tecnologias GICC e PICC. 2.1. Gaseificação Integrada com Ciclo Combinado (GICC) A gaseificação é uma tecnologia que permite converter a biomassa sólida num gás combustível (gás produto ou gás de síntese). O gás produto (CO, H2, CH4, CxHy) é obtido a baixas temperaturas de gaseificação (800–1000ºC). O gás de síntese (CO, H2) resulta de altas temperaturas de gaseificação (1200–1400ºC) [13]. Os sistemas GICC caracterizam-se por combinar elevada flexibilidade na utilização de biomassa, de características químicas diferentes, com uma elevada eficiência energética na produção de electricidade (40 a 50%) [1,14]. A tecnologia de GICC inclui três processos principais: i) gaseificação da biomassa sólida; ii) o ciclo de produção de energia (electricidade e calor) com gás combustível; e iii) o ciclo de produção de electricidade com vapor de água, os quais estão representados na Figura 4. No primeiro processo, a biomassa sólida é convertida no designado gás produto [14]. No segundo, o gás produto alimenta a turbina a gás, sendo sucessivamente comprimido, queimado na câmara de combustão e expandido para produzir electricidade. No terceiro, a energia térmica contida nos gases de combustão é aproveitada numa caldeira de recuperação (HRSG) para produzir vapor de água, o qual é expandido na turbina de vapor, produzindo electricidade.

Figura 4 Fluxograma de uma central de Gaseificação Integrada com Ciclo Combinado.

A Tabela 1 resume exemplos seleccionados de centrais GICC em operação, ou em fase final de projecto, para diversas gamas de potência eléctrica, mas com elevada eficiência energética de produção de electricidade, demonstrativos do considerável potencial deste tipo de tecnologia. Tabela 1 Centrais de ciclo combinado com gaseificação integrada de biomassa (GICC)

Os subprodutos do processamento de oleaginosas são os bagaços (que dado o seu valor

2.2. Pirólise Integrada com Ciclo Combinado (PICC) O conceito PICC resulta da combinação de um processo de pirólise rápida da biomassa com uma central de ciclo combinado. A pirólise designada por rápida procura maximizar a produção de “bio-oil”, sendo necessário que a biomassa se encontre em partículas de dimensões muito reduzidas (<6 mm), as quais serão aquecidas muito rapidamente até temperaturas de 450 a 600ºC [15,16,17]. A conversão mássica de biomassa em “bio-oil” é de 70 a 75% e representa o primeiro processo da PICC. Os seguintes dois processos (ciclo gás e ciclo vapor) são análogos aos ciclos ii) e iii) descritos na secção 2.1. Na Figura 5 encontra-se representado um fluxograma genérico típico de uma central PICC, sendo importante referir que existem actualmente diversas configurações conceptuais para esta tecnologia, com base em diferentes objectivos, incluindo a produção de químicos de elevado valor acrescentado [18]. Nesta secção apresentam-se apenas as configurações que maximizam a produção de energia eléctrica, com base no aproveitamento energético total da fracção de “bio-oil”, as quais podem ser organizados em dois tipos: #A: processo de pirólise totalmente integrado na central de ciclo combinado; e #B: processo de pirólise em localizações diversas da central de ciclo combinado. A tecnologia da pirólise da biomassa sólida apresenta uma elevada flexibilidade ao nível da dimensão da produção de “biooil”, encontrando-se em operação processos com volumes de produção desde 1kg/h até 8400 kg/h, o que possibilita a opção entre as referidas configurações #A e #B [16]. A configuração do tipo #B tem por base a existência de múltiplos processos de pirólise da biomassa sólida, de dimensão/escala reduzida, os quais abastecem uma única central de ciclo combinado, sendo a eficiência energética de conversão da biomassa em “bio-oil” de 60 a 80% [1, 18, 19]. O “bio-oil” produzido contém 15 a 30% de humidade e apresenta um pH 37_eq

dossier energia [ tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica ]

significativamente baixo, cerca de 2 a 3 [20], apresentando um carácter corrosivo e ácido. As vantagens da configuração do tipo #B são importantes ao nível logístico, por o “bio-oil” ter uma densidade energética muito superior à da biomassa sólida. De facto, num estudo a decorrer actualmente da responsabilidade dos autores deste artigo, verificou-se que o factor limitativo no transporte de biomassa florestal é o volume, com valores de energia por unidade de volume efectivamente transportada na ordem de 1,6 a 2,6 MJ/dm3 (0,18 a 0,23 kg/dm3; 9 a 11 MJ/kg, PCI) [21] valores significativamente inferiores aos do “biooil”: 14 a 20 MJ/dm3 (1,1 a 1,3 kg/dm3; 13 a 15 MJ/kg, PCI) [22].

Figura 5 Fluxograma de uma central de Pirólise Integrada com Ciclo Combinado [18]. Figura retirada de Sandvig et al. (2003) [18].

3. AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE TECNOLOGIAS AVANÇADAS E CONVENCIONAIS PARA A PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE Nesta secção analisam-se comparativamente tecnologias convencionais (combustão directa) com avançadas (GICC e PICC) de produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica, as quais foram descritas na secção anterior. Na primeira parte, avaliam-se os principais factores que afectam a eficiência de conversão de energia. Na segunda parte, realiza-se um inventário às emissões de GEE de centrais de biomassa e de carvão, considerando todo o ciclo de vida, de modo a quantificar as emissões de GEE evitadas quando a electricidade é produzida com base em biomassa em vez de carvão. Tabela 2 Centrais a biomassa: eficiência energética em função da tecnologia e da potência eléctrica

n.d. – valores não disponíveis. As eficiências apresentadas em negrito/itálico são valores estimados, não havendo centrais em operação.

38_eq

3.1. Eficiência energética da produção de electricidade Analisou-se a eficiência de conversão da energia da biomassa em electricidade, tendo sido realizada uma análise comparativa de valores de eficiência energética típicos (%, baseada no PCI), o que permitiu observar que a eficiência é função da potência eléctrica e do tipo de tecnologia. Esta análise é apresentada na Tabela 2, a qual resume dados disponíveis na literatura técnico-científica [11,12,18,23,24,25]. A análise dos valores de eficiência de conversão da energia da biomassa em electricidade, para centrais convencionais com combustão directa, permite verificar que a dimensão da central é um parâmetro muito relevante, observando-se que a eficiência eléctrica aumenta significativamente com a potência eléctrica da central. Comparando centrais de reduzida dimensão (1 MWe) com centrais de dimensão média (20 MWe), verifica-se um aumento para o dobro da eficiência eléctrica (de 12% para 24%). O valor de eficiência mais elevado para a combustão directa é obtido, para centrais de elevada dimensão (100 MWe), através de uma tecnologia emergente: a co-combustão da biomassa em centrais a carvão, para as quais é possível obter uma eficiência eléctrica da ordem dos 40% [14,24]. A utilização de combustão em leito fluidizado e de tecnologias avançadas de limpeza dos gases, em centrais de elevada dimensão, permite também obter valores de eficiência semelhantes [24]. A tecnologia GICC combina a gaseificação e a combustão, permitindo uma eficiência de conversão mais elevada relativamente à combustão directa [14,24,25]. Analisando a Tabela 2, observa-se que a eficiência eléctrica está fortemente correlacionada com a dimensão da central. No entanto, verifica-se que a eficiência aumenta de forma mais acentuada com a potência para centrais de pequena dimensão (de 1 a 10 MWe) do que para centrais de média/ elevada dimensão (de 10 a 100 MWe). De acordo com diversos autores, a evolução tecnológica em curso das turbinas a gás para a queima de combustíveis com re-

duzido PCI, permitirá, no futuro, para as centrais GICC e PICC, valores superiores de eficiência eléctrica [18,24]. A tecnologia PICC encontra-se menos desenvolvida que a GICC, pelo que há menos informação disponível.

combustíveis e produtos fósseis, assim como as emissões dos outros GEE. A contabilização das emissões de GEE é fundamental para se poder calcular quais, na prática, são as emissões evitadas de GEE quando se substitui um kWhe produzido num sistema fóssil convencional por um sistema baseado em biomassa, sendo este o principal objectivo desta sub-secção. Por final, mas não menos importante, esta análise permite identificar e quantificar oportunidades de melhoria ao nível ambiental.

3.2. Inventário de emissões de GEE considerando todo o ciclo de vida As emissões de gases com efeito de estufa (GEE) de sistemas de produção de energia baseados em biomassa não são nulas, contrariamente ao que é muitas vezes referido. De facto, embora se devam considerar como neutras as emissões directas de CO2 (processos de gaseificação e combustão), pois são equilibradas pelo CO2 absorvido durante a fotossíntese associada à produção da biomassa, que se assume renovável, é necessário ter em conta as emissões de CO2, que ocorrem ao longo do ciclo de vida, devidas ao consumo de

Ao ciclo de vida da produção de electricidade com base em biomassa corresponde um sistema que inclui i) a produção da biomassa, ii) o transporte até à central e iii) a produção de energia eléctrica na central, sendo os principais contribuintes para as emissões de GEE: i) Consumo de fertilizantes, pesticidas e combustíveis fósseis, associados ao cultivo, manutenção e recolha da biomassa; ii) Consumo de combustíveis fósseis para o transporte até à central; e iii) Consumo de energia e utilização de materiais na construção, manutenção e desmantelamento das centrais. Neste estudo consideraram-se os seguintes GEE: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O), sendo as emissões de outros GEE muito reduzidas e, por isso, não consideradas. As emissões totais de GEE são medidas em termos de kilogramas equivalentes de CO2 (kgCO2eq) e calculadas com base nas emissões individuais de cada GEE multiplicadas pelos respectivos potenciais de aquecimento (CO2=1, CH4=21 e N2O=310, PUB

39_eq

dossier energia [ tecnologias avançadas para a produção de electricidade com base em biomassa lenho-celulósica ]

para um horizonte temporal de 100 anos). A Tabela 3 apresenta um resumo de emissões de GEE para as referidas 3 fases do ciclo de vida. Os valores foram calculados com base em inventários de ciclo de vida disponíveis em estudos relativos à produção de energia eléctrica em centrais GICC [26,27,28,29]. Os valores médios apresentados na Tabela 3 resultam da ponderação média de valores de GEE disponíveis em seis estudos de avaliação de ciclo de vida, publicados nos referidos 4 artigos. Os valores máximos e mínimos são os valores extremos encontrados para cada fase. É importante destacar que as emissões associadas ao cultivo da biomassa são as mais significativas (80% das emissões totais). Alguns estudos consideram que a biomassa é proveniente de culturas energéticas (rotações curtas de 7 anos, 13,4 ton/ha.ano) [27,28,29]. Enquanto que, para outros estudos [26,29], a biomassa é resultante de resíduos florestais. As emissões associadas ao transporte de biomassa são significativas, representando 15% do valor total, sendo de referir que os cenários relativos ao transporte da biomassa são muito variáveis: e.g., nalguns casos são consideradas distâncias médias curtas (28 km [27]), enquanto que outros assumem distâncias elevadas (75 km [28]). A construção da central é a fase que menos impacte tem, mesmo em estudos que consideram o processo de desmantelamento da central [27,28]. Por final, é importante referir a elevada diferença de dados entre os vários estudos analisados, próxima de uma ordem de grandeza. Tabela 3 Centrais GICC: emissões de GEE, para as diversas fases do ciclo de vida

Na Tabela 4 é apresentado um inventário de ciclo de vida das emissões de GEE para sistemas de produção convencional de electricidade com base em carvão. Os valores foram calculados com base em dois estudos distintos [26,30], verificando-se, no entanto, que os valores obtidos são relativamente semelhantes. As emissões directas associadas à combustão do carvão na central de produção são preponderantes, representando aproximadamente 96% do valor médio total de 1026 kgCO2eq por kWhe produzido. As emissões directas associadas à construção das centrais são desprezáveis. A extracção e o transporte de carvão podem representar cerca de 5% do valor total de emissões. Tabela 4 Centrais convencionais a Carvão: emissões de GEE, para as diversas fases do ciclo de vida

n.d. – valores não disponíveis.

A comparação das emissões associadas às centrais de gaseificação de biomassa com centrais convencionais típicas a carvão permitiu quantificar as emissões evitadas de GEE num valor médio de 935 kgCO2eq por kWhe produzido, o que representa um benefício muito significativo, pois constitui cerca de 91% da emissão total do sistema de ciclo de vida da central a carvão. 40_eq

4. CONCLUSÕES Portugal apresenta um elevado potencial para aproveitamento energético da biomassa lenho-celulósica (bl-c), a qual pode ser convertida por processos de conversão física, termoquímica ou bioquímica numa extensa gama de vectores energéticos para diversas utilizações finais. Os processos termoquímicos e, em particular, as tecnologias de gaseificação e de pirólise são as que revelam maior potencial actual para a produção de electricidade com base em bl-c, pois permitem uma elevada flexibilidade, conjugando uma considerável diversidade no tipo e composição da bl-c admitida com uma elevada gama de potências eléctricas. Neste artigo analisaram-se comparativamente tecnologias avançadas (gaseificação e pirólise integradas em centrais de ciclo combinado, GICC e PICC) e convencionais (combustão directa de biomassa) em termos tecnológicos, de eficiência energética e de ganhos ambientais (emissões evitadas de GEE). Os resultados mostraram que as tecnologias GICC e PICC têm uma eficiência de conversão muito superior à combustão directa, verificando-se, no entanto, que a eficiência eléctrica está fortemente correlacionada com a dimensão da central. Relativamente aos aspectos ambientais, quantificaram-se as emissões de GEE relativas às diversas fases do ciclo de vida de uma central a biomassa: i) a produção da biomassa, ii) o transporte até à central e iii) a produção de energia eléctrica na central. Verificou-se que a fase do cultivo da biomassa é a que tem maior impacte (80% do valor total de emissões de GEE). A comparação das emissões de ciclo de vida, para centrais de gaseificação a biomassa com centrais convencionais típicas a carvão, permitiu quantificar as emissões evitadas de GEE em 935 kgCO2eq por kWh produzido, valor que representa um benefício muito significativo, pois constitui cerca de 91% das emissões totais de GEE associadas à produção convencional de electricidade com carvão.

AUTORES João Nunes licenciou-se em Engenharia Mecânica pela Universidade de Coimbra em 2005 na especialidade de Energia e Ambiente. Realizou, em 2005, estágio curricular de investigação na indústria de transformação de madeira (Sonae Indústria – Oliveira de Hospital). Em 2005, iniciou o curso de Mestrado, em Engenharia Mecânica na Universidade de Coimbra, estando a preparar a dissertação sob o tema da avaliação energética e ambiental da produção de electricidade com base em biomassa. Actualmente é Investigador do Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento (IN+) do IST, Lisboa.

Fausto Freire licenciou-se em Engenharia Mecânica pela Universidade de Coimbra em 1993. É Mestre (Especialidade: Energia) e Doutor em Engenharia Mecânica pelo Instituto Superior Técnico. Trabalhou na empresa PROET – Projectos, Engenharia e Tecnologia, S.A., do grupo EDP, na área de projecto de sistemas energéticos, tri(co)geração e gestão de energia. É docente na FCTUC desde 1995, sendo actualmente Professor Auxiliar e responsável pelas disciplinas de Gestão Energética e Ambiental, Avaliação de Ciclo de Vida e Ecologia Industrial. É vogal do Conselho Regional da zona Centro do Colégio de Engenharia Mecânica da Ordem dos Engenheiros.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Faaij, A. P. “Bio-energy in Europe: changing technology choices: Renewable Energy Policies in the European Union”, Energy Policy, 34(3), 322-342, 2006 Feb. [2] Goldemberg, J. “World Energy Assessment”, Preface, United Nations Development Programme, New York, NY, USA, 2000. [3] Bhattacharya, S. “Biomass energy and densification: A Global Review with Emphasis on Developing Countries”, Proceedings of The First World Conference on Pellets: 1 – 17, Estocolmo, 2 a 4 de Setembro, 2002. [4] Rogner, H.H. “Energy resources”, World Energy Assessment, United Nations Development programme, New York, NY, USA, 135–171, 2000. [5] Turkenburg, W. C., “Renewable energy technologies”, World Energy Assessment, United Nations Development Programme, New York, NY, USA, 219–272, 2000. [6] Malça, J., Freire, F. “Biocombustíveis: Um novo paradigma para os transportes”, ISEC em Revista, nº5, 8 pp., 2007. [7] Malça, J., Freire, F. “Renewability and life-cycle energy efficiency of bioethanol and bioETBE: assessing the implications of allocation”, Energy, 31(15), 3362-3380, 2006. [8] DGGE (Direcção Geral de Geologia e Energia), “Renováveis – Estatísticas rápidas”, 23, 2007 Jan. [9] Dinkelbach, L. “Thermochemical Conversion of Willow from Short Rotation Forestry”, Netherlands Energy Research Foundation, 21pp, 2000. [10] Mukhopadhyay, K. “An assessment of a Biomass Gasification based Power Plant in the Sunderbans”, Biomass and Bioenergy, 27(3), 253-264, 2004 Sep. [11] McKendry, P. “Energy production from biomass (part 2): conversion technologies”, Bioresource Technology, 83(1), 47-54, 2002 May. [12] Ganesh, A., Banerjee, R. “Biomass pyrolysis for power generation - a potential technology”, Renewable Energy, 22(1-3), 9-14, 2001. [13] Boerrigter, H., van der Drift, A. “Large-Scale Production of Fischer-Tropsch Diesel from Biomass”, Apresentado em Congress on Synthetic Biofuels – Technologies, Potentials, Prospects, Wolfshurg, Germany, 2004 Nov. [14] McKendry, P. “Energy production from biomass (part 3): gasification technologies”, Bioresource Technology, 83(1), 55-63, 2002 May. [15] Bridgwater, A. V. “Principles and practice of biomass fast pyrolysis processes for liquids”, Analytical and Applied Pyrolysis, 51(1-2), 3-22, 1999 Jul. [16] Bridgwater, A. V., Peacocke, G. V. C. “Fast pyrolysis processes for biomass”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4(1), 1-73, 2000 Mar. [17] Goyal, H. B., Seal, D., Saxena, R. C. “Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, doi:10.1016/ j.reser.2006.07.014, 2006. [18] Sandvig, E., Walling, G., Brown, R., Pletka, R., Radlein, D., Johnson, W. “Integrated Pyrolysis Combined Cycle Biomass power System”, Alliant Energy, 109 pp, 2003. [19] Morris, M., Waldheim, L. “Energy recovery from solid waste fuels using advanced gasification technology”, Waste Management, 18(6-8), 557-564, 1998 Oct. [20] Zhang, Q., Chang, J., Wang, T., Xu, Y. “Review of biomass pyrolysis oil properties and upgrading research. Energy Conversion and Management”, 48(1), 87-92, 2007 Jan. [21] Nunes, J., Freire, F. “Avaliação Energética e Ambiental da Produção de Electricidade com Biomassa Lenho-Celulósica”, Relatório Técnico, Dep. de Eng. Mecânica, Universidade de Coimbra, 2007. [22] Chiaramonti, D., Oasmaa, A., Solantausta, Y. “Power generation using fast pyrolysis liquids from biomass”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11(6), 1056-1086, 2007 Aug. [23] Franco, A., Giannini, N. “Perspectives for the use of biomass as fuel in combined cycle power plants”, Thermal Sciences, 44(2), 163-177, 2005 Feb. [24] Dornburg, V. and Faaij, A. P. C. “Efficiency and economy of wood-fired biomass energy systems in relation to scale regarding heat and power generation using combustion and gasification technologies”, Biomass and Bioenergy, 21(2), 91-108, 2001 Aug. [25] Bridgwater, A. V., Toft, A. J., Brammer, J. G. “A techno-economic comparison of power production by biomass fast pyrolysis with gasification and combustion”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 6(3), 181-246, 2002 Sep. [26] Keoleian, G.A., Volk, T.A. “Renewable Energy from Willow Biomas Crops: Life Cycle Energy, Environmental and Economic Performance”, Critical Reviews in Plant Sciences, 24, 385-406, 2005. [27] Mann, M., Spath, L. “Life Cycle Assessment of a Biomass Gasification Combined-Cycle System”, National Renewable Energy Laboratory, USA, 160 pp., 1997. [28] Corti, A., Lombardi, L. “Biomass integrated gasification combined cycle with reduced CO2 emissions: Performance analysis and life cycle assessment (LCA): Efficiency, Costs, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems”, Energy, 29(12-15), 2109-2124, 2004. [29] Pehnt, M. “Dynamic life cycle assessment (LCA) of renewable energy technologies”, Renewable Energy, 31(1), 55-71, 2006 Jan. [30] Mann, M., Spath, P. “A life cycle assessment of biomass cofiring in a coal-fired power plant”, Clean Products and Processes 3(2), 81-91, 2001 Aug. 41_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

a economia do hidrogénio: principais barreiras a ultrapassar Alexandra M.F.R. Pinto Centro de Estudos de Fenómenos de Transporte, Departamento de Eng. Química, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Email: apinto@fe.up.pt

Resumo O conceito de «Economia do Hidrogénio» transitou nos últimos anos, do léxico dos engenheiros e cientistas para o vocabulário comum de dirigentes políticos e empresários, devido essencialmente a preocupações relacionadas com a poluição urbana, a segurança energética e as alterações climáticas. O interesse no vector energético hidrogénio foi também estimulado pelo desenvolvimento das células de combustível, uma tecnologia com um enorme potencial para um aumento da eficiência energética. Neste trabalho, após uma breve revisão dos diferentes processos de produção de hidrogénio e dos sistemas de distribuição e armazenamento, apresentam-se as principais barreiras a ultrapassar no caminho para uma economia do hidrogénio.

Abstract The concept of «Hydrogen Economy» has moved from the vocabulary of scientists and engineers to the lexicon of business and political leaders due to concerns about climate changes, energy security and pollution. The interest on the energy vector hydrogen was also powered by the development of the fuel cells technology which has potential to an improvement of the energy efficiency. In this work, after a brief review on the different technologies for hydrogen production and on the main storage and distribution systems, the important milestones in the route to the hydrogen energy economy are presented.

INTRODUÇÃO: O HIDROGÉNIO COMO VECTOR ENERGÉTICO Desde o inicio da Revolução Industrial no século XVIII, os combustíveis fósseis (primeiro carvão, depois petróleo e gás natural) têm alimentado as redes energética e de transportes que suportam a sociedade moderna. A economia mundial do século XX, baseou-se essencialmente na utilização do petróleo e gás natural, com importantes avanços tecnológicos. No entanto, a utilização desmedida destes combustíveis poderá conduzir a Humanidade a um desastre ambiental irreversível. As questões ambientais tornaram-se nas últimas décadas fundamentais e o hidrogénio poderá facilitar a transição dos stocks limitados de recursos não renováveis (os combustíveis fósseis) para um fluxo ilimitado de recursos renováveis, contribuindo decisivamente para uma «descarbonização» do sistema global de energia, tão necessária para evitar os efeitos das alterações climáticas. Antoine Lavoisier (1743-1794) e Henry Cavendish (1731-1810) descreveram, de forma independente, o elemento hidrogénio nos finais do século XVIII. Duas décadas mais tarde, Friedrich Schönbein (1799-1868) e William Robert Grove (1811-1896) publicaram os seus trabalhos sobre a construção da primeira pilha de combustível, um dispositivo que recombina electroquimicamente hidrogénio e oxigénio (do ar) produzindo água, electricidade e calor, de forma eficiente e limpa. O hidrogénio, apesar de existir abundantemente na natureza não se pode encontrar sob a forma do combustível H2, estando associado a outros elementos. O hidrogénio, tal como a electricidade, é um vector energético, isto é, permite a transferência de energia (no 42_eq

espaço e no tempo) a partir de uma fonte primária (renovável ou não renovável). Alguns vectores energéticos, como os combustíveis fósseis, são também fontes primárias de energia. Outros, como a electricidade, transportam a energia na forma final de utilização e ainda outros, como o hidrogénio, não estão directamente disponíveis na natureza e têm que ser produzidos a partir de uma fonte primária e transformados antes de serem utilizados na forma final de energia (mecânica, térmica, eléctrica). Esta característica do vector hidrogénio confere-lhe uma vantagem importante numa perspectiva de análise de ciclo fechado. A utilização de um vector energético como o hidrogénio é necessária para atingir o objectivo de «consumo zero» em termos de fontes primárias e «desperdícios zero» em termos de impacto ambiental. Na última década do século XX, a estrutura da tecnologia energética baseada no hidrogénio foi estudada e apresentada em detalhe [1-5]. Os elementos estruturais fundamentais desta tecnologia são os processos de produção, a partir de fontes renováveis e não renováveis, e os sistemas de distribuição e armazenamento.

PROCESSOS DE PRODUÇÃO A produção mundial anual de hidrogénio é actualmente cerca de 5 x 1011 m3N, correspondendo a cerca de 2% das necessidades de fontes primárias de energia [6]. Na Figura 1 apresenta-se, em termos percentuais, a distribuição actual de fontes primárias de energia para a produção de hidrogénio, sendo evidente que cerca de 96% é produzido a partir de combustíveis fósseis. Grande parte do hidrogénio é presentemente produzida a partir da reformação, com vapor, do gás natural e de outros hidrocarbonetos obtendo-se também dióxido de carbono. Uma fracção significativa do hidrogénio produzido é utilizada localmente e usada predominantemente como matéria prima (por exemplo na produção de adubos, solventes e plásticos). Apenas

Figura 1 Distribuição de fontes de energia primárias para a produção de hidrogénio.

5% do hidrogénio é considerado como produto e distribuído (sob a forma gasosa ou líquida) em camiões ou condutas. A reformação do metano (principal constituinte do gás natural) talvez seja, hoje em dia, a forma mais comum e rentável de produzir hidrogénio. A grande desvantagem desta tecnologia é a emissão de CO2 para a atmosfera. Alguns autores [7] sugerem que a eficiência energética do processo poderá ser melhorada originando uma diminuição das emissões. O hidrogénio pode ser também extraído do petróleo, gasolina ou metanol através de reformação por oxidação parcial, sendo neste processo as emissões de CO2 mais elevadas do que na reformação com vapor do gás natural. A gaseificação do carvão é outra forma de produção de hidrogénio. Esta alternativa poderá ser competitiva em países ou regiões onde o gás natural seja caro e onde existam grandes reservas de carvão (casos, por exemplo, da China ou da Índia). O conhecimento das extensas reservas que existem a nível mundial, levou alguns cientistas [8] a propor o carvão como fonte energética primária para a produção de hidrogénio. Tal solução no entanto terá que ser acompanhada por uma utilização de técnicas de captura e sequestro de carbono. A biomassa pode ser usada para gerar hidrogénio de formas diferentes [9]. Pode ser gaseificada como o carvão ou sofrer pirólise (um processo em que a biomassa é decomposta através do calor formando um óleo que depois é reformado com vapor). A produção a partir de biomassa pode também ocorrer através de processos biológicos tais como a digestão anaeróbia. Recentemente passou a considerar-se a hipótese da utilização da fermentação escura isto é quando ocorre sem a presença da luz. A viabilidade de todos estes processos depende sobretudo da disponibilidade /custo das matérias-primas. Pode ser uma solução, por exemplo, em zonas rurais de países em vias de desenvolvimento. Uma forma alternativa com bastante potencial (no médio e longo prazo) é a electrólise (envolvendo o uso de electricidade para quebrar a ligação química das moléculas de água). Este processo permanece ainda muito dispendioso e inadequado para produção em larga escala mas pensa-se que os custos poderão diminuir para metade, ou mais, na próxima década, devido ao avanço desta tecnologia. Como neste caso o hidrogénio pode ser produzido conforme as necessidades, podem poupar-se significativamente os custos de transporte e armazenamento. A electrólise a partir das fontes renováveis (sol e vento) é uma tecnologia já demonstrada (Finlândia, Alemanha, Itália, Espanha, Suiça e Estados Unidos) e em amplo desenvolvimento. Ainda em estado inicial estão as tecnologias de produção de hidrogénio a partir de outras fontes renováveis tais como a energia geotérmica, a energia das ondas e marés. Produzir hidrogénio a partir de fontes renováveis gerará um ciclo de produção de energia totalmente limpo. 43_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

Mais recentemente surgiram mais algumas alternativas para a produção de hidrogénio (incluídas na parcela «outras» no gráfico da Figura 1) tais como a biofotólise (produção a partir da água e luz solar através de microalgas e cianobactérias), a utilização directa da energia solar para quebrar as moléculas de água através de processos fotocatalíticos [10], e a utilização dos ciclos termoquímicos que utilizam calor a alta temperatura proveniente de energia nuclear [11]. Na Figura 2 apresentam-se esquematicamente as fontes de energia primárias associadas aos diferentes caminhos para a produção de hidrogénio, segundo [6].

de hidretos metálicos, utilização de hidretos químicos e armazenamento em nanotubos de carbono. A melhor opção depende de inúmeros factores – a aplicação específica, a densidade energética pretendida, a quantidade a armazenar, as condições de manutenção, os custos de capital e de operação. O hidrogénio pode ser armazenado sob a forma de gás comprimido quer abaixo quer acima do solo (em reservatórios cilíndricos e esféricos) e a bordo de veículos (em contentores metálicos sob pressão). Esta forma relativamente simples de contentorização é a mais usada a bordo de veículos, mas devido à baixa densidade energética do H2, apresenta custos elevados para autonomias razoáveis. Nos últimos anos, têm sido, desenvolvidos tanques constituídos por materiais compósitos, à base de fibras de carbono, para aumentar a capacidade de armazenamento sem agravar a segurança do transporte. Existem já reservatórios leves com a capacidade de armazenar H2 a 700 bar, prevendo-se num futuro próximo poderem atingir 2000 bar e assim igualar a densidade energética obtida quando se armazena hidrogénio líquido [12].

Figura 2 Fontes de energia primárias associadas aos diferentes caminhos para a produção de hidrogénio (Adaptação de [6]).

DISTRIBUIÇÃO E ARMAZENAMENTO Para se transformar num vector energético alternativo, o hidrogénio tem que ser armazenado e distribuído de forma económica. A baixa densidade volumétrica do hidrogénio em relação à gasolina e a outros combustíveis líquidos representa um desafio à investigação de novos conceitos de armazenamento/distribuição que possam ultrapassar as barreiras técnicas dos métodos actualmente utilizados. Várias tecnologias têm sido melhoradas e desenvolvidas nos últimos anos, quer para aplicações estacionárias quer para armazenamento a bordo de veículos (Tabela 1) – compressão do gás H2, liquefacção, utilização Tabela 1 Métodos de armazenamento de Hidrogénio

44_eq

Método

Uso geral

Líquido

Grandes Quantidades, tempos de armazenamento longos

Gás comprimido

Pequenas quantidades, tempos de armazenamento curtos

Hidretos metálicos

Pequenas quantidades

Hidretos químicos

Pequenas quantidades

Nanotubos de carbono

Pequenas quantidades

A grande vantagem de armazenar hidrogénio sob a forma líquida (a cerca de 20 K) é precisamente a elevada densidade energética obtida a baixa pressão, permitindo um armazenamento compacto em reservatórios leves e permitindo uma distribuição eficiente através de camiões. Esta tecnologia tem amadurecido consideravelmente, sendo possível um reabastecimento rápido (3 minutos) sem perdas por evaporação e uma contentorização em reservatórios com perdas de calor para o exterior muito baixas [13] (≈ 1 W num tanque com 5 kg de H2). No entanto as perdas por evaporação durante o armazenamento são significativas (um tanque com 5 kg de H2 pode esvaziar completamente em aproximadamente 3 semanas). Uma outra desvantagem é o facto de o hidrogénio líquido expandir consideravelmente durante o processo de aquecimento entre 20 K e o ponto critico 33K, pelo que

os reservatórios são apenas cheios até 85 95%. A quantidade de energia necessária para o processo de liquefacção é elevada (até cerca de 30% do conteúdo energético inicial do H2) sendo os custos cerca de quatro vezes superiores aos da compressão, embora os custos de transporte sejam substancialmente menores. O hidrogénio pode também ser armazenado a alta densidade e a baixa pressão por adsorção em hidretos metálicos. O hidrogénio adsorve numa matriz (ou «esponja») metálica através de um processo de arrefecimento e dessorve por aquecimento (as condições de pressão e temperatura a que o processo ocorre dependem do hidreto em questão). Actualmente no mercado existem vários tipos de contentores de H2 em hidretos metálicos. Várias empresas do ramo automóvel (Daimler Benz, Honda e Madza) testaram este tipo de contentores a bordo dos seus veículos a hidrogénio. A maior parte dos hidretos disponíveis são no entanto demasiado pesados, caros e com condições de operação inadequadas. Investigação muito recente aponta para o elevado potencial de hidretos como o alanato de sódio para aplicações nos transportes [14,15]. O objectivo é desenvolver um hidreto metálico leve, eficiente (> 7% peso de H2) operando a temperaturas relativamente baixas e recarregável a pressões moderadas. A utilização dos hidretos químicos apresenta-se como uma alternativa vantajosa em termos de energia armazenada em menor volume ou massa [16] em oposição às anteriores opções. Metais, como por exemplo o Aℓ ou o B têm a capacidade de formar com os metais alcalinos, compostos iónicos ou parcialmente covalentes, ricos em hidrogénio. A hidrólise de soluções destes compostos na presença de catalisadores apropriados permite gerar uma quantidade de hidrogénio superior à contida no hidreto. De entre os hidretos mais utilizados, o borohidreto de sódio deve ser considerado como o mais vantajoso [16,17] devido não só à capacidade de armazenar uma grande quantidade de hidrogénio mas também ao facto de ser

estável e fácil de manusear. À temperatura ambiente, apenas uma pequena quantidade de hidrogénio é libertada por hidrólise entre o NaBH4 e H2O mas a eficiência da reacção pode ser significativamente aumentada pela presença de catalisadores apropriados. As soluções aquosas de hidreto são estabi-lizadas através da dissolução de uma base tal como o NaOH já que o ambiente básico inibe a geração espontânea de hidrogénio. Quando a solução entra em contacto com catalisadores de cobalto, ruténio e níquel, o hidrogénio é produzido a uma veloci-dade regular. Alguns estudos recentes [18] referem a possibilidade de produção de H2 (usando catalisadores de níquel) seguida de contentorização no próprio reactor. Este tipo de solução poderá ter interesse em aplicações portáteis ou em locais de difícil acesso. O armazenamento do hidrogénio em sistemas à base de carbono é uma tecnologia alternativa com elevado potencial [19], mas ainda em estado inicial de maturação. Estão a ser desenvolvidos materiais capazes de conter quantidades significativas de H2 à temperatura ambiente, sendo essencialmente de dois tipos: os nanotubos de carbono (de parede única e de parede múltipla) e as nanofibras de grafite. Hoje em dia grande parte do hidrogénio, cerca de 80%, é produzida de forma descentralizada no próprio local de consumo. Os restantes 20% são distribuídos em tanques, garrafas sob pressão e pipelines (Tabela 2). Tabela 2 Métodos de distribuição de Hidrogénio Método

Uso geral

Pipeline

Grandes quantidades, distâncias grandes

Gás comprimido

Pequenas quantidades, distâncias curtas

Líquido

Grandes distâncias

Hidretos metálicos

Pequenas distâncias

A forma mais comum de transportar o hidrogénio sob a forma líquida é em camiõestanque, de parede dupla para limitar as perdas por evaporação. O hidrogénio gasoso é distribuído em contentores cilíndricos (sob pressão) ou em pipelines. A forma mais eficiente de distribuir o H2 gasoso é precisamente através de uma rede de pipelines similar à usada na distribuição de gás natural, mas adaptada ao escoamento de um gás de densidade significativamente menor e com uma taxa de difusão mais elevada. Vários materiais como cimento comprimido, plásticos ou vários aços podem ser usados na construção das tubagens para evitar quer as perdas de gás quer o desgaste corrosivo das paredes. Infraestruturas deste tipo existem em áreas industriais dos Estados Unidos. Canada e Europa (França, Bélgica e Alemanha).

MARCOS IMPORTANTES NO CAMINHO DA ECONOMIA DO HIDROGÉNIO Nos mercados económicos liberais, as mudanças importantes surgem da cooperação entre a ciência/engenharia, a indústria e os regimes políticos. No caminho da economia do hidrogénio terão que ser pois ultrapassadas várias barreiras tecnológicas, industriais e políticas que são interdependentes. Recentemente [20] foram apresentados alguns marcos importantes a atingir: obter hidrogénio a partir do carvão, tornar o hidrogénio como o combustível por eleição no sector automóvel, desenvolver e implementar pilhas de combustível eficientes capazes de desencadear mudanças estruturais na indústria e o estabelecimento de condições políticas favoráveis.

Hidrogénio a partir do carvão A solução desejável para o hidrogénio é a produção a partir de recursos renováveis (sol, 45_eq

dossier energia [ integração energética de processos – uma ferramenta para a indústria de processos ]

vento, etc) mas enquanto as correspondentes tecnologias não atingirem os níveis de eficiência e custo aceitáveis, a obtenção de H2 a partir de combustíveis fósseis continuará a ser uma realidade. Nesta perspectiva alguns autores [8,20] sugerem o carvão como fonte energética primária para a produção de hidrogénio sendo indispensável usar no processo, a captura e sequestro do CO2. A tecnologia do carvão tem tradição, a disponibilidade em todo o mundo é inquestionável e o desenvolvimento de técnicas de captura e sequestro do CO2 seria também extremamente benéfico do ponto de vista do protocolo de Quioto, para as centrais já existentes.

O Hidrogénio como combustível no sector automóvel No sector automóvel o hidrogénio pode desempenhar um papel importante, quer seja H2 renovável, quer seja produzido a partir de combustíveis fósseis com captura e sequestro de CO2, quer seja utilizado num motor de combustão interna, quer alimente as pilhas de combustível de um veículo eléctrico. A utilização de H2 significa um quociente H:C a tender para infinito, garantindo impacto ambiental mínimo. No entanto apresenta uma dificuldade importante: a construção de uma infra-estrutura de hidrogénio. Alguns combustíveis rivais, como o bio-etanol ou o bio-metanol, podem servir-se das infra-estruturas existentes actualmente, com um nível de adaptação diminuto.

Pilhas de combustível eficientes Um marco fundamental para o sucesso do sistema energético baseado no hidrogénio é o desenvolvimento e a aceitação da tecnologia das células de combustível que contribuirá decididamente para uma descentralização das aplicações energéticas. Estes dispositivos apresentam actualmente eficiências energéticas da ordem dos 35-40%, permitem uma geração limpa, silenciosa e distribuída de electricidade, têm potencial para um vasto leque de aplicações, quer em larga escala quer em aplicações estacionárias (em comunidades 46_eq

isoladas, em residências ou em pequenas unidades industriais e comerciais). A geração distribuída tem vantagens inquestionáveis, tais como a minimização dos custos de transporte e dos problemas de expansão em regiões de elevado consumo e ainda um aumento significativo da eficiência energética. As pilhas de combustível podem ser alimentadas com outros combustíveis para além do H2, operando neste caso com um reformador. As pilhas alimentadas a gás natural (com impacto ambiental não nulo) têm actualmente eficiências da ordem dos 50% e poderão ser uma alternativa numa fase transitória para o sistema energético baseado no vector hidrogénio. A implementação desta tecnologia exige no entanto experiência e mão-de-obra especializada no fim da cadeia energética. A utilização do H2 e das pilhas de combustível induzirá importantes mudanças estruturais na indústria, sendo a descentralização a característica fundamental dessas alterações.

Estabelecimento de condições políticas favoráveis A integração do vector hidrogénio na cadeia energética mundial originará alterações significativas (tal como aconteceu com a electricidade há um século). O hidrogénio facilitará a entrada das fontes renováveis no mercado energético global, contribuirá para a descarbonização do planeta ajudando ao cumprimento do protocolo de Quioto e juntamente com as pilhas de combustível ajudará a uma descentralização na produção de energia. Ao contrário do sistema energético actual, dominado pelas fontes primárias de energia, o sistema energético baseado no hidrogénio será dominado pela tecnologia. As políticas energéticas transformar-se-ão em políticas tecnológicas. A acontecer, a economia do hidrogénio será uma economia baseada na tecnologia e no conhecimento. Como se verifica actualmente com as energias renováveis (eólica e biocombustíveis), a introdução do hidrogénio e tecnologias associadas deverá contar com apoio governamental (redução de taxas e outros incentivos) para enfrentar as dificuldades iniciais do mercado.

CONCLUSÕES A produção de hidrogénio a partir de reservas virtualmente ilimitadas de fontes de energia renováveis poderá libertar o sistema energético do carbono. As tecnologias de produção de hidrogénio renovável (tais como a electrólise a partir das fontes renováveis ou a utilização directa da energia solar para quebrar as moléculas de água através de processos fotocatalíticos) deverão ser prioritariamente desenvolvidas. Enquanto estas tecnologias não atingem o grau de maturação necessário, poder-se-á revalorizar o carvão como fonte energética primária para a produção de hidrogénio, sendo indispensável usar no processo, a captura e sequestro do CO2. A investigação e o desenvolvimento nestas áreas são também essenciais. Um outro marco importante na transição para uma economia do hidrogénio é a construção de uma infra-estrutura de distribuição adaptada ao hidrogénio, que inicialmente poderá ser reconvertida a partir da rede de gás natural. Uma medida interessante seria dotar as novas redes a construir para o gás natural, com os materiais necessários para o transporte do hidrogénio. A maturação e a aceitação da tecnologia das células de combustível contribuirão decididamente para um aumento da eficiência energética (em vários sectores) e para um incremento da produção descentralizada de energia.

Os avanços tecnológicos e a aceitação das novas tecnologias no mercado marcarão as diferentes fases da transição para a economia do hidrogénio. Participarão nesta mudança a comunidade científica, o público em geral, diversas organizações regionais e internacionais e os governos dos diferentes países. Os governos desempenharão um papel preponderante no incentivo à investigação e desenvolvimento, necessários para se ultrapassarem algumas barreiras tecnológicas, bem como na elaboração de normas de segurança para a utilização de hidrogénio. Sem uma política ambiental e energética agressiva, centrada na tecnologia, a economia do hidrogénio dificilmente vingará.

AUTORA Alexandra R. Pinto licenciou-se em Engenharia Química pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), em 1983. Obteve o grau de doutoramento em Engenharia Química (área da Combustão) pela FEUP em 1991. É presentemente Professora Associada no Departamento de Engenharia Química da FEUP. Os seus interesses de docência e investigação centram-se na área da Mecânica de Fluidos e Fenómenos de Transporte com especial relevo para estudos de Escoamentos Multifásicos e Células de Combustível e Sistemas de Produção e Contentorização de Hidrogénio.

REFERÊNCIAS [1] Veziroglu T.N., “Quarter century of hydrogen movement”, Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference 2000, Beijing, China, June 12-15, 2000. [2] Goltzov, V.A., “The role and importance of hydrogen materials for successful development of hydrogen economy in the 21st century”, Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference 2000, Beijing, China, June 12-15, 2000. [3] Goltsova L.F., “Hydrogen community progress in comprehending the great importance of hydrogen materials interactions for hydrogen energy future: history and up-to-date web status”, Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference 2000, Beijing, China, June 12-15, 2000. [4] Goltsova L.F., Alimova L.F., Garkusheva V.A., Goltzov, V.A., “Scientometric studies of the problem of hydrogen energy and technology in the world”, Int. J. Hydrogen Energy 15 (9), 655- , 1990 [5] Bockris J.O’M., “The origin of ideas on a hydrogen economy and its solution to the decay of the environment”, Int. J. Hydrogen Energy 27, 737-740, 2002. [6] Ewan, B.C.R., Allen, R.W.K., “A figure of merit assessment of the routes to hydrogen”, Int. J. Hydrogen Energy 30, 809-819, 2005. [7] Spath, P.L., Man, N.K., “Life cycle assessment of hydrogen production via natural gas steam reforming ”, Technical Report, Golden, CO: NREL, August 2000. [8] Peppley., B.A., “Biomass for fuel cells: a technical and economic assessment”, International Journal of Green Energy, 3, 201.218, 2006 [9] Padro., C.E.G., Putshe V., op. cit. note 34 “Nobelist Rubbia discusses China-Italy Cooperation at 13th World Hydrogen Energy Conference 2000», Hydrogen Fuel Cell Lett. 2000;2. [10] Kelly, N.A., Gibson, L.G., “Design and characterization of a robust photoelectrochemical device to generate hydrogen using solar water splitting”,

Int. J. Hydrogen Energy 31, 1658-1673, 2006. [11] Ogawa M, Nishihara T., “Present status of energy in Japan and HTTR project”, Nuclear Engineering and Design., 233, 5-10, 2004. [12] Aceves, S.M., Berry, G.D., Frias, J.M., Loza, F.E, “Vehicular storage of hydrogen in insulated pressure vessels”, Int. J. Hydrogen Energy 27, 737-740, 2006. [13] Pehr, K., Burckhardt, S., Koppi, J., Korn, T., Parstsch, P., “ Hydrogen, the fuel of the future of BMW 750 HL”, ATZ Auto Tecnol. J. , 104 (2),3-10, 2002. [14] Sandrock G., Gross, K., Thomas, G., Jensen, C., Meeker, D., Takara S., J. S., “Engineering considerations in the use of catalysed sodium alanates for hydrogen storage”, J. Alloys

Compounds, 330-332,696-701, 2002 [15] Grochala, W., Edwards, P.P., “Chemical tuning of the thermal decomposition temperature of inorganic hydrides: computational aspects”, J. Alloys Compounds, 404-406, 31-34, 2005 [16] Hua, D., Hanxi, Y., Xinping A. and Chuansin C., 2003, “Hydrogen production from catalytic hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride catalyst”, Int. J.

Hydrogen Energy, 28, 1095-1100. [17] Schlesinger, H. I., Brown, H. C., Finholt, A. E., Gilbreath, I. R., Hoekstra, H. R. and Hyde, E. K., 1953, “Sodium borohydride, its hydrolysis and its use as a reducing agent and in the generation of hydrogen”, J. Amer. Chem. Soc., 75, pp. 215-219. [18]Pinto, A.M.F.R., Falcão, D.S., Silva, R.A., Rangel, C.M., “Hydrogen generation and storage from hydrolysis of sodium borohydride in batch reactors”, Int. J. Hydrogen Energy 31, 1341-1347, 2006. [19] Ströbel, R., Garche, J., Moseley, P.T., Jörissen, L, Wolf, G., “Hydrogen storage by carbon materials”, . Journal of Power Sources, 159, 781-801,2006 [20] Winter, C-J., “Into the Hydrogen Economy - milestones”, Int. J. Hydrogen Energy, 30, 681-685, 2006.

47_eq

dossier energia [ células de combustível alimentadas a metanol: conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações ]

células de combustível alimentadas a metanol conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações Valter Silva1, Vasco Silva2, Luis M. Madeira1 e Adélio Mendes1,* 1 LEPAE, Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Portugal 2 SRE, Soluções Racionais de Energia, Polígono Industrial do Alto do Ameal, Torres Vedras, Portugal *e-mail: mendes@fe.up.pt

Resumo Este artigo descreve a tecnologia e os aspectos fundamentais inerentes às células de combustível alimentadas a metanol (DMFCs). Os princípios de operação de uma DMFC e o comportamento ligado aos fenómenos de polarização são apresentados conjuntamente com uma descrição das reacções electroquímicas envolvidas e das perdas de eficiência associadas a cada um dos componentes que constituem uma MEA (membrane electrode assembly). Tendo em conta que o desenvolvimento das DMFC requer um intenso trabalho experimental, são apresentados os principais métodos usados na caracterização do desempenho desta tecnologia. É dada particular ênfase ao desenvolvimento de membranas alternativas ao Nafion®, e a problemas como a permeação do metanol (methanol crossover), a cinética de oxidação do metanol e a activação e período de vida de uma DMFC. Por último, são descritas algumas aplicações das DMFCs.

Abstract This paper describes fundamental and technological aspects of direct methanol fuel cells (DMFCs). Operating principles and electrochemical polarization characteristics of the DMFC are presented with a description of the involved reactions and efficiency losses associated with each of the components that comprise the membrane electrode assembly (MEA). Taking into account that the development of DMFCs requires an intensive experimental work, some of the most important and most used characterization methods are presented. Particular emphasis is given to the development of membranes alternative to Nafion®, and to challenge problems such as the methanol crossover, methanol oxidation kinetics and DMFC activation and lifetime. Finally, some DMFC applications are described.

1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos, questões ambientais associadas à poluição atmosférica, ao efeito de estufa e ao aquecimento global, assim como a obrigatoriedade de responder às solicitações cada vez mais exigentes das necessidades energéticas a nível mundial, tornaram premente a necessidade de encontrar novas alternativas à economia do petróleo [1]. A tecnologia associada às células de combustível assume-se como uma das vias mais interessantes, tendo despertado o interesse não só por parte de laboratórios de investigação de todo o mundo [2], como também das mais variadas empresas, como por exemplo a Sony, a Nokia e a Siemens, entre muitas outras [3]. As células de combustível apresentam algumas vantagens comparativamente a outras tecnologias, nomeadamente a possibilidade de uma elevada autonomia de funcionamento quando comparadas com pilhas e baterias, o facto de ser uma tecnologia amiga do ambiente (por exemplo, são uma alternativa viável às baterias de chumbo e apresentam uma reduzida poluição sonora), têm uma elevada eficiência energética, assim como uma grande simplicidade de construção e além de não possuírem partes móveis [1,4]. Existem diversos tipos de células de combustível: com membrana de permuta protónica (PEM – proton exchange membrane) [1]; alcalinas (AFC – alkaline fuel cell) [1]; de ácido fosfórico (PAFC – phosphoric acid fuel cell) [1,5]; de carbonato fundido (MCFC – molten carbonate fuel cell) [1,5] e de óxido sólido (SOFC – solid oxide fuel cell) [1,5]. Cada 48_eq

tipo de células de combustível possui um regime diferente de operação (diferentes gamas de temperaturas e restrições quanto à pureza do combustível e comburente), utilizando diferentes tipos de electrólitos e debitando diferentes níveis de potência. Em termos simples, uma célula de combustível do tipo PEM e com alimentação directa de metanol (DMFC – direct methanol fuel cell) considera a alimentação de metanol num dos lados da membrana (ânodo) e de ar no outro lado (cátodo) – Figura 1. A PEM permite a passagem de protões (hidratados) mas deverá ser impermeável ao metanol e ao ar. Por outro lado, não deverá ter condutividade eléctrica. Numa célula de combustível, a PEM encontra-se prensada entre dois eléctrodos, constituindo este arranjo o conjunto membrana-eléctrodo ou MEA (membrane electrode assembly). Os eléctrodos por sua vez são constituídos por uma camada de fibras de carbono, condutora de electricidade e capaz de originar a distribuição dos reagentes – camada de difusão [6,7] –, seguida por uma camada que contém o catalisador – camada catalítica – a qual está em contacto directo com a PEM. O metanol contido na solução aquosa alimentada ao ânodo, ao atingir o catalisador, origina uma corrente de protões que atravessam a PEM, uma corrente de electrões que são conduzidos através da camada difusiva para o exterior da célula, e dióxido de carbono. No cátodo, os protões que permearam através da PEM reagem com o oxigénio do ar e com os electrões vindos através da camada difusiva para formarem água (ver Fig.1 e equações aí incluídas). As PEM podem também operar com alimentação directa de hidrogénio. A utilização de hidrogénio permite desenvolver maior potência por unidade de área de membrana (Fig.2) e uma maior eficiência, apresentando no entanto sérias limitações relativamente a questões de logística: armazenamento e distribuição do hidrogénio. Alternativamente é possível produzir o hidrogénio in loco, por exemplo, através da reformação do metanol [8] ou do etanol [9]. No entanto, estes sistemas são mais complexos e apresentam também novos

desafios técnicos, como por exemplo o problema do envenenamento do catalisador das células (platina) pelo monóxido de carbono com origem no processo de reformação.

Figura 1 Representação esquemática do funcionamento de uma célula de combustível com alimentação directa de metanol.

No âmbito das tecnologias baseadas em PEM, as DMFCs apresentam-se como uma alternativa bastante promissora. No entanto, esta tecnologia apresenta ainda algumas dificuldades por resolver, tais como uma cinética lenta no que concerne à oxidação do metanol no ânodo [6] e uma excessiva permeação de metanol do ânodo para o cátodo (methanol crossover), que conduz a reduções de eficiência de cerca de 35% [10].

Figura 2 Valores típicos de curvas de diferença de potencial em função da densidade de corrente, para condições operatórias próximas da ambiente, para PEMs com alimentação directa de metanol e hidrogénio.

2. FONTES DE SOBRETENSÃO NUMA DMFC A forma da curva determinada pela diferença de potencial (voltagem) em função da densidade de corrente, em estado estacionário, permite avaliar, de forma qualitativa, as 49_eq

dossier energia [ células de combustível alimentadas a metanol: conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações ]

diferentes fontes de sobretensão que ocorrem durante o funcionamento de uma célula de combustível [11] (Fig.3). Como se pode ver na figura 3, o potencial em circuito aberto de uma DMFC difere substancialmente do potencial termodinâmico. Este facto deve-se essencialmente à permeação de metanol do ânodo para o cátodo (methanol crossover) que despolariza o cátodo, levando à criação de um potencial misto [12]. Por outro lado, as perdas de potencial na região de baixa densidade de corrente (região I) têm essencialmente origem na limitação cinética inerente às reacções que se desenvolvem no ânodo e no cátodo, sobretudo devido à electro-oxidação do metanol no ânodo [4-6]. As perdas de potencial associadas a densidades de corrente intermédias (região II) estão intimamente relacionadas com um conjunto de resistências com origem no transporte de electrões e protões. A resistência mais significativa verifica-se quando os protões atravessam a membrana de permuta protónica [5]. Para densidades de corrente elevadas (região III), são os fenómenos de transferência de massa que limitam o desempenho da célula de combustível. Essas limitações relacionam-se com o insuficiente fornecimento de metanol ou oxigénio aos centros activos dos catalisadores para o desenvolvimento das respectivas reacções. Verifica-se que para uma determinada densidade de corrente, designada densidade de corrente limite, a diferença de potencial tende para zero, não havendo mais produção de energia.

Este aspecto é de extrema importância pois uma membrana hidratada poderá apresentar uma condutividade na ordem dos 0,1 S/cm [14], um valor da ordem de grandeza da condutividade duma solução aquosa 0,25 M de HCl. Todavia, este tipo de membranas apresenta também uma permeabilidade apreciável à água e ao metanol. A permeação excessiva da água pode conduzir ao encharcamento da estrutura porosa do eléctrodo no cátodo com uma consequente diminuição do desempenho da DMFC [15]. Adicionalmente, e ainda mais grave, é a permeação excessiva ao metanol neste tipo de membranas, responsável por perdas significativas do desempenho. Esta permeação excessiva ao metanol tem motivado um esforço muito importante para o desenvolvimento de materiais alternativos [15-16]. Por outro lado, as membranas fluoradas têm um elevado custo, cerca de 4 – 8 €/g.

Figura 4 Estrutura molecular do polímero Nafion®.

Figura 3 Comportamento típico de uma curva de polarização de uma DMFC.

3. NOVAS MEMBRANAS NA TECNOLOGIA DE DMFC A PEM tem como principal função o transporte de protões do ânodo para o cátodo impedindo, simultaneamente, a passagem dos reagentes (metanol e ar) e da corrente eléctrica. O desenvolvimento da tecnologia de DMFC está presentemente intimamente ligado ao desenvolvimento de novas membranas [6, 13]. Estas devem combinar uma boa condutividade protónica, assegurar integridade estrutural a nível químico, mecânico e térmico após longos períodos de funcionamento, e simultaneamente proporcionar uma diminuta permeação de metanol do ânodo para o cátodo. O tipo de PEM mais amplamente utilizado diz respeito às membranas baseadas em polímeros fluorados, de que é exemplo o Nafion®. Tipicamente os polímeros fluorados aliam uma estrutura baseada numa cadeia principal fluorada, de carácter hidrofóbico (-CF2-), a cadeias laterais com grupos sulfónicos (-SO3-H+), responsáveis por um carácter hidrofílico (Fig.4). A integridade estrutural da membrana é assegurada pelo carácter hidrofóbico da cadeia principal, enquanto a condutividade protónica está associada aos grupos sulfónicos [13]. De facto, as regiões hidrofílicas permitem a sorção de quantidades apreciáveis de água, podendo aumentar o peso do polímero seco até cerca de 50 % [14]. 50_eq

Tendo em conta as limitações anteriormente mencionadas dos polímeros fluorados, têm vindo a ser propostos outros tipos de polímeros ou modificações de polímeros já existentes [13, 17-18], nomeadamente através da incorporação de nanopartículas inorgânicas na matriz polimérica, fluorada ou não [19-21], através da combinação de diferentes tipos de polímeros [21-24], da ligação cruzada de polímeros [25-26], ou ainda recorrendo-se a polímeros baseados em heteropoliácidos [27-28]. Em especial, o nosso grupo de investigação, em colaboração com o instituto Alemão GKSS, tem incidido a sua investigação no estudo de membranas preparadas com base na sulfonação da poli(éter éter cetona), PEEK

Figura 5 Estrutura química do polímero poli(éter éter cetona).

[17]. A PEEK é um termoplástico semicristalino para-substituído baseado numa estrutura arómatica (Fig.5). As vantagens da utilização da sPEEK (PEEK sulfonada) relacionam-se com o seu baixo custo (~0,05-0,1 €/g), menor permeabilidade ao metanol comparativamente com o Nafion®, sendo também capaz de conciliar uma boa condutividade protónica [17, 29]. Como se referiu, as propriedades da PEM poderão ser melhoradas modificando a matriz polimérica com incorporação de nanopartículas inorgânicas, nomeadamente de dióxido de titânio [30], fosfato de zircónio [30, 31] ou ainda dióxido de zircónio [20, 30]. Relativamente à incorporação inorgânica utilizando nanopartículas de dióxido de zircónio (ZrO2), verificámos recentemente que o aumento do teor desta fase conduzia a uma diminuição significativa da permeabilidade ao metanol (vide figura 6a) [32] e a um aumento da estabilidade mecânica, embora se verificasse também um decréscimo da condutividade protónica (vide figura 6b).

Figura 6a Fluxo de metanol (•) através da membrana de permuta protónica e selectividade da mesma à permeação de água vs. metanol (o) em função do teor de óxido de zircónio (% m/m) na membrana sPEEK [32].

Figura 6b Condutividade da membrana de permuta protónica sPEEK em função do seu teor de óxido de zircónio (% m/m) [32].

4. MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO O desenvolvimento da tecnologia de células de combustível, nomeadamente por alimentação directa de metanol (DMFC), requer uma intensa prática experimental visando a caracterização dos fenómenos físicos e electroquímicos envolvidos [33], em particular

no que concerne à membrana. São reconhecidos como métodos padrão para caracterização duma DMFC os seguintes: • Espectroscopia de impedância (para determinação da condutividade protónica da PEM [34, 35]); • Pervaporação (para se obter a permeabilidade de água e metanol na PEM [30, 31]); • Sorção de água e metanol (para determinação da quantidade de água e metanol retidas na PEM [36, 37]). • Curvas de polarização: diferença de potencial em função da densidade de corrente [1]. A condutividade protónica é um indicador da quantidade de iões H+ que atravessam a PEM, pelo que o uso de técnicas de espectroscopia de impedância desempenham um papel fundamental na sua caracterização. Uma membrana com uma elevada condutividade protónica é um dos principais requisitos para o desenvolvimento da tecnologia de DMFC. No entanto, outros factores devem ser ponderados na escolha de uma PEM, nomeadamente a quantidade permeada de metanol e água do ânodo para o cátodo, o que pode ser quantificado recorrendo-se à pervaporação, por exemplo. A quantidade de água e metanol sorvidos pela membrana desempenha também um papel fundamental na operação de uma DMFC, influenciando directamente outras propriedades, tais como a condutividade protónica e a estabilidade mecânica. A água e o metanol sorvidos podem conduzir a modificações microestruturais na PEM, nomeadamente no tamanho de agregados iónicos (clusters) e canais da membrana [38-39]. No entanto, o ensaio padrão para avaliar o desempenho de uma célula de combustível consiste na obtenção de curvas de polarização [1], curvas essas em que se representa a diferença de potencial em função da densidade de corrente (Fig.3). Convém por último referir algumas técnicas relevantes para uma caracterização mais aprofundada. Questões associadas à estabilidade térmica podem ser estudadas por meio de TGA (thermal gravimetric analysis) [40]. No que concerne à estrutu51_eq

dossier energia [ células de combustível alimentadas a metanol: conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações ]

ra química, podem ser efectuados estudos espectroscópicos, nomeadamente de NMR (nuclear magnetic resonance) [41] e FT-IR (fourier transform - infrared) [41], e ainda de determinação da capacidade de permuta iónica do electrólito [21]. A morfologia das PEM pode ser estudada através de técnicas como XRD (X-ray diffraction) [42], SEM (scanning electron microscopy) [42] e SAXS (small angle X-ray scattering) [43].

5. PERMEAÇÃO DE METANOL Como já foi referido, a humidificação da membrana é fundamental para o bom desempenho de uma DMFC. No entanto, qualquer que seja a gama de concentração de metanol numa solução aquosa, este será sempre solúvel em água. Este facto explica a passagem de metanol do ânodo para o cátodo através da membrana, originando o fenómeno designado por permeação de metanol (methanol crossover). A permeação de metanol ocorre por difusão, tendo este efeito uma maior contribuição para densidades de corrente baixas, enquanto que para densidades de corrente intermédias e altas o efeito principal é a electro-osmose [44]. São vários os factores que influenciam a permeação do metanol do ânodo para o cátodo, nomeadamente a permeabilidade ao metanol e à água da membrana utilizada, a sua espessura, a temperatura de operação, a concentração de metanol alimentada à célula e o desempenho do catalisador na oxidação do metanol no ânodo. É por isso fundamental o desenvolvimento de estratégias que visem a optimização destes factores para a viabilização das DMFC. A perda de eficiência devido à permeação de metanol (eficiência de Faraday) é obtida através da razão entre a corrente produzida por conversão do combustível no ânodo, i, e a corrente total produzida no cátodo e no ânodo, ic + i:

do cátodo. Para tal, a corrente gasosa é tratada para a remoção de condensáveis e analisada em contínuo num analisador de CO2 ou recolhendo amostras para posterior análise cromatográfica [45].

6. REACÇÕES ELECTROQUÍMICAS E CATALISADORES EMPREGUES NUMA DMFC Uma das maiores limitações da DMFC prende-se com o facto da cinética associada à oxidação do metanol no ânodo ser extremamente lenta, inclusive mais lenta do que a redução do oxigénio que ocorre no cátodo. A oxidação do metanol envolve a transferência de 6 electrões e 6 protões (ver reacções na Fig.1), sendo a reacção global o resultado de uma série de etapas que incluem a formação de compostos intermédios como o formaldeído e o ácido fórmico. Na figura 7 é apresentado um mecanismo possível da oxidação do metanol [46]. As etapas, no sentido da esquerda para a direita, apresentam a remoção de átomos de hidrogénio, com formação de protões e electrões. As etapas no sentido descendente, além de apresentarem a remoção de átomos de hidrogénio e formação de um par protãoelectrão, envolvem adicionalmente a adição ou eliminação de um grupo hidroxilo.

Figura 7 Etapas representativas do processo de oxidação de metanol no ânodo [46].

A catálise da oxidação do metanol é feita recorrendo-se a catalisadores binários, geralmente compostos por platina e outro elemento. Esse elemento pode ser o estanho [47], o tungsténio [6], o ósmio [6] ou o ruténio, embora o conjunto platina-ruténio na razão molar de 1:1 (~ 2 mg/cm2) seja, actualmente, considerada a melhor solução [6]. Existem diversas teorias sobre o papel deste segundo elemento, no entanto, pode afirmar-se que a sua adição favorece essencialmente a adsorção do grupo hidroxilo na superfície do catalisador. Esta adsorção diminui por sua vez a adsorção de espécies intermédias no catalisador de platina (principalmente do CO). No que concerne à redução do oxigénio no cátodo, o catalisador mais utilizado é a platina (~ 0,5 mg/cm2). A utilização de catalisadores que não platina está neste momento em fase embrionária [14].

(1) A quantificação da permeação de metanol durante a operação de uma DMFC é geralmente feita por determinação da concentração em CO2 na corrente gasosa de saída 52_eq

7. ACTIVAÇÃO DE UMA DMFC Verifica-se experimentalmente que uma célula de combustível alimentada a metanol necessita dum processo de activação para debitar a sua potência máxima [48]. A activação compreende processos de pré-tratamento e activação regular. Os processos de pré-tratamento visam activar a MEA de forma definitiva, enquanto os processos

de activação regular devem ser repetidos sempre que se verifique desactivação. Os processos de activação têm uma duração variável [49], e deverão ser efectuados no início do funcionamento (pré-tratamento) e após paragem prolongada (activação regular). A duração dos processos de activação deve ser tão breve quanto possível. A activação de uma célula de combustível é uma operação dinâmica [50] que envolve, entre outros fenómenos, o transporte do metanol e da água até ao catalisador, a adsorção do metanol nas partículas de platina-ruténio, a produção e transporte de protões, o transporte do oxigénio até ao catalisador no cátodo e a modificação definitiva e regular da membrana sob a acção do transporte protónico e presença da água. É deste modo importante conhecer a resposta dinâmica da célula até à obtenção do seu desempenho máximo. No que concerne ao catalisador, os processos de pré-tratamento visam sobretudo o aumento da área catalítica activa, com a desobstrução parcial da superfície do catalisador, muitas vezes contaminada com electrólito. A avaliação e identificação da actividade no catalisador pode ser efectuada recorrendo a diversas técnicas [51], entre as quais microscopia electrónica de varrimento (SEM), microscopia electrónica de transmissão (TEM), voltametria cíclica e espectroscopia de impedância. A condutividade da membrana está intimamente relacionada com o pré-tratamento a que é sujeita e com as condições operatórias utilizadas. O pré-tratamento a que é sujeita a membrana pode aumentar drasticamente o desempenho da DMFC, assim como reduzir o tempo que o sistema necessita para responder às solicitações. Quando a membrana é imersa em água a 80ºC, por exemplo, verifica-se um aumento do desempenho da DMFC [49]. As condições de armazenamento de uma MEA são também fundamentais para a obtenção de desempenhos superiores [49]. A passagem de hidrogénio no ânodo, previamente à utilização de metanol, aumenta também o desempenho da célula de combustível [52]. A activação regular, acima referida, visa essencialmente a hidratação da PEM. Para o efeito submete-se a MEA a um período de carga (um período de tempo em que a MEA é operada a uma determinada densidade de corrente). Após cada período de carga, o desempenho da DMFC aumenta, pelo que se repete continuamente este processo até não haver melhoria significativa no desempenho apresentado. Durante este processo a condutividade iónica da membrana aumenta consideravelmente.

8. DEGRADAÇÃO DE UMA DMFC AO LONGO DO PERÍODO DE FUNCIONAMENTO O desempenho de uma célula de combustível decresce com o tempo de utilização e de forma mais severa no caso das DMFC [53-55]. As razões do decréscimo do potencial numa célula de combustível relacionam-se essencialmente com a contaminação do catalisador ou com a degradação da membrana. De forma resumida, as perdas de actividade do catalisador devem-se essencialmente aos seguintes factores: sinterização ou perda da superfície activa do catalisador; envenenamento do catalisador por acumulação de impurezas (por exemplo monóxido de carbono proveniente de processos de reformação a montante) ou compostos intermediários de reacções electroquímicas; corrosão da estrutura de suporte (carbono) do catalisador e migração de ruténio do ânodo para o cátodo. A avaliação e identificação das perdas de actividade no catalisador podem ser efectuadas recorrendo-se a diversas técnicas [51], nomeadamente espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrónica (SEM e TEM), quimissorção de CO e testes de actividade do catalisador. As perdas de potencial associadas à condutividade relacionam-se com a menor eficácia do transporte protónico no interior da PEM e com o aumento da resistência interna da célula nos eléctrodos e entre pratos. Técnicas como a espectroscopia de impedância permitem avaliar a condutividade da membrana ao longo do período de funcionamento de uma célula de combustível [55]. Os fenómenos responsáveis pelas perdas de potencial podem acontecer devido a degradação da matriz polimérica com perda de grupos sulfónicos, corrosão dos pratos bipolares e redução do teor de água na membrana.

A determinação do nível de degradação de uma célula de combustível alimentada a metanol depende das condições operatórias e tipo de aplicações, situando-se tipicamente em 10-25 µV/h [54]. Em termos industriais as DMFC terão um papel importante quando conseguirem operar de modo fiável durante 2000 a 3000 horas. Exemplo relevante neste contexto será as membranas desenvolvidas pela Polyfuel que apresentam um bom desempenho até às 5000 horas [56]. O desenvolvimento de novas membranas, a optimização das condições operatórias de funcionamento, o aparecimento de novos materiais e a optimização da formulação e estruturação das camadas catalítica e difusiva deverão permitir construir células com maiores períodos de funcionamento.

9. APLICAÇÕES As DMFC tendem a ser extremamente vantajosas para determinados tipos de aplicações. Tendo em conta que o metanol possui uma elevada densidade de energia (3800 kcal/dm3) comparativamente ao hidrogénio (658 kcal/dm3 a 360 atm), a utilização de DMFC’s é extremamente útil em aplicações onde seja necessária uma baixa potência, mas que seja debitada por longos períodos. Tipicamente, esse tipo de aplicações refere-se ao uso em telemóveis [6,57], computadores portáteis [58], sistemas de navegação, sistemas de monitorização remota, entre outros. Os concorrentes directos das células de combustível neste tipo de aplicações são as baterias de lítio. Contudo, as células de combustível podem ser realimentadas quase instantaneamente e têm uma autonomia muito superior, tipicamente 4 ou 5 vezes. Por exemplo, a Panasonic indica uma autonomia de 20 horas para um dos seus modelos de computadores portáteis [58]. As desvantagens prendemse sobretudo com o custo por unidade de energia produzida, cerca de 10 vezes superior à energia termoeléctrica [59], e com o peso, tipicamente 12 W/kg [59]. De realçar ainda outras aplicações possíveis para as DMFC, nomeadamente a nível de transportes motorizados. Empresas de todo 53_eq

dossier energia [ células de combustível alimentadas a metanol: conceitos fundamentais, desenvolvimentos tecnológicos e aplicações ]

o mundo, como por exemplo a Honda, a Volkswagen, a Opel, a Daimler-Chrysler entre outras, têm feito grandes esforços no desenvolvimento desta tecnologia. De salientar que a Daimler-Chrysler em associação com a Ballard apresentou já um protótipo de um veículo de um passageiro alimentado por uma bateria DMFC de 3 kW [60].

10. CONCLUSÕES Os problemas ambientais e tecnológicos ligados às formas actuais de produção de energia levaram a um grande movimento internacional de investigação de tecnologias alternativas de produção de energia. Neste contexto, as células de combustível emergiram como uma solução bastante atractiva, nomeadamente devido à baixa emissão local de poluentes e à possibilidade de obtenção de elevadas eficiências energéticas. Dentro dos vários tipos de células de combustível, as DMFC apresentam-se como uma excelente alternativa às PEMFC (alimentação directa de hidrogénio), sobretudo nas aplicações portáteis onde são necessárias elevadas densidades de energia e baixas potências. A DMFC é uma tecnologia em desenvolvimento, apresentando ainda limitações importantes. Estes obstáculos prendem-se sobretudo com a necessidade de encontrar catalisadores mais eficazes na oxidação do metanol e novas membranas que conciliem uma boa condutividade protónica, uma boa estabilidade química, térmica e mecânica, uma baixa permeabilidade ao metanol e um preço baixo/moderado. Outros tópicos, como a optimização das condições operatórias de funcionamento, de activação e de obtenção de maiores períodos de funcionamento, permanecem como importantes desafios a vencer. Como exemplos de sucesso desta tecnologia pode-se referenciar o lançamento do protótipo de uma micro-célula da Toshiba com dimensões de 22×56×4,5 mm, pesando 8,5 gramas e capaz de fornecer cerca de 100 mW de energia, sendo suficiente para fazer funcionar um leitor MP-3 de forma autónoma durante cerca de 20 horas [61]. De realçar ainda o lançamento de 54_eq

portáteis (embora protótipos) com autonomias de funcionamento bastante superiores às convencionais.

AGRADECIMENTOS O presente artigo foi realizado no âmbito dos projectos de investigação POCTI/ EQU/38075/2001 e POCTI/EQU/45225/2002 financiados pela FCT. Valter Silva beneficiou duma bolsa de doutoramento também da FCT (SFRH/BD/18159/2004).

11. REFERÊNCIAS [1] Kordesch, K., “Fuel cells and their applications”, VCH Publishers, 1996. [2] Ren, X.M., Zelenay, P., Thomas, S., Davey, J., Gottesfeld, S. “Recent advances in direct methanol fuel cells at Los Alamos National Laboratory”, Journal of Power Sources, 86:1-2, 111-116, 2000. [3] Dillon, R., Srinivasan, S., Arico, A.S., Antonucci, V. “International activities in DMFC R&D: status of technologies and potential applications”, Journal of Power Sources, 127:1-2, 112-126, 2004. [4] Cappadonia, M., Kordesch, K., Oliveira, J. “Fuel cells”, in: Sons, J.W. (ed.), Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000. [5] Appleby, A.J. “Fuel cell technology: Status and future prospects”, Energy, 21:7-8, 521-653, 1996. [6] Aricò, A., Srinivasan, S., Antonucci, V. “DMFCs: From fundamental aspects to technology development”, Fuel Cells, 1, 133161, 2001. [7] Schultz, T., Zhou, S., Sundmacher, K. “Current status of and recent developments in the direct methanol fuel cell”, Chemical Engineering & Technology, 24:12, 1223-1233, 2001. [8] Brown, F. “A comparative study of fuels for on-board hydrogen production for fuel-cell-powered automobiles”, International Journal of Hydrogen Energy, 26:4, 381-397, 2001. [9] Mattos, L., Noronha, F. “Hydrogen production for fuel cell applications by ethanol partial oxidation on Pt/CeO2 catalysts: the effect of the reaction conditions and reaction mechanism”, Journal of Catalysis, 233, 453-463, 2005. [10] Kalhammer, F., Prokopius P., Voecks, V. “Status and prospects of fuel cells as automobile engines”. In: State of California Air Resources Board. California; 1998. [11] Ghadamian, H., Saboohi, Y. “Quantitative analysis of irreversibilities causes voltage drop in fuel cell (simulation & modeling)”, Electrochimica Acta, 50:2-3, 699-704, 2004. [12] Hoogers, G. “Fuel Cell Technology Handbook”, CRC Press, 2002. [13] Kreuer, K.D. “On the development of proton conducting polymer membranes for hydrogen and methanol fuel cells”, Journal of Membrane Science, 185:1, 29-39, 2001. [14] Larminie, J., Dicks, A. “Fuel Cell Systems Explained”, John Wiley & Sons, 2003. [15] Cruickshank, J., Scott, K. “The degree and effect of methanol crossover in the direct methanol fuel cell”, Journal of Power Sources, 70:1, 40-47, 1998. [16] Heinzel, A., Barragan, V.M. “A review of the state-of-the-art of the methanol crossover in direct methanol fuel cells”, Journal of Power Sources, 84:1, 70-74, 1999. [17] Silva, V.S., Ruffmann, B., Vetter, S., Boaventura, M., Mendes, A.M., Madeira, L.M., Nunes, S.P. “Mass transport of direct methanol fuel cell species in sulfonated poly(ether ether ketone) membranes”, Electrochimica Acta, 51:18, 3699-3706, 2006. [18] Fu, Y.Z., Manthiram, A. “Synthesis and characterization of sulfonated polysulfone membranes for direct methanol fuel cells”, Journal of Power Sources, In Press, Corrected Proof. [19] Baglio, V., Arico, A.S., Blasi, A.D., Antonucci, V., Antonucci, P.L., Licoccia, S., Traversa, E., Fiory, F.S. “Nafion-TiO2 composite DMFC membranes: physico-chemical properties of the filler versus electrochemical performance”, Electrochimica Acta, 50:5, 1241-1246, 2005. [20] Silva, V.S., Schirmer, J., Reissner, R., Ruffmann, B., Silva, H., Mendes, A., Madeira, L.M., Nunes, S.P. “Proton electrolyte membrane properties and direct methanol fuel cell performance: II. Fuel cell performance and membrane properties effects”, Journal of Power Sources, 140:1, 41-49, 2005. [21] Xu, W., Lu, T., Liu, C., Xing, W. “Low methanol permeable composite Nafion/silica/PWA membranes for low temperature direct methanol fuel cells”, Electrochimica Acta, 50:16-17, 3280-3285, 2005. [22] Manea, C., Mulder, M. “Characterization of polymer blends of polyethersulfone/sulfonated polysulfone and polyethersulfone/ sulfonated polyetheretherketone for direct methanol fuel cell applications”, Journal of Membrane Science, 206:1-2, 443-453, 2002. [23] Ren, S., Sun, G., Li, C., Wu, Z., Jin, W., Chen, W., Xin, Q., Yang, X. “Sulfonated poly (ether ether ketone)/polyvinylidene fluoride polymer blends for direct methanol fuel cells”, Materials Letters, 60:1, 44-47, 2006. [24] Cho, K.-Y., Eom, J.-Y., Jung, H.-Y., Choi, N.-S., Lee, Y.M., Park, J.-K., Choi, J.-H., Park, K.-W., Sung, Y.-E. “Characteristics of PVdF copolymer/Nafion blend membrane for direct methanol fuel cell (DMFC)”, Electrochimica Acta, 50:2-3, 583-588, 2004. [25] Chen, J., Asano, M., Yamaki, T., Yoshida, M. “Chemical and radiation crosslinked polymer electrolyte membranes prepared

from radiation-grafted ETFE films for DMFC applications”, Journal of Power Sources, In Press, Corrected Proof. [26] Bae, B., Ha, H.Y., Kim, D. “Nafion(R)-graft-polystyrene sulfonic acid membranes for direct methanol fuel cells”, Journal of Membrane Science, In Press, Corrected Proof. [27] Ponce, M.L.,Prado, L., Silva, V., Nunes, S.P. “Membranes for direct methanol fuel cell based on modified heteropolyacids”, Desalination, 162, 383-391, 2004. [28] Ponce, M.L., Prado, L., Ruffmann, B., Richau, K., Mohr, R., Nunes, S.P. “Reduction of methanol permeability in polyetherketone-heteropolyacid membranes”, Journal of Membrane Science, 217:1-2, 5-15, 2003. [29] Li, L., Zhang, J., Wang, Y. “Sulfonated poly(ether ether ketone) membranes for direct methanol fuel cell”, Journal of Membrane Science, 226:1-2, 159-167, 2003. [30] Nunes, S.P., Ruffmann, B., Rikowski, E., Vetter, S., Richau, K. “Inorganic modification of proton conductive polymer membranes for direct methanol fuel cells”, Journal of Membrane Science, 203:1-2, 215-225, 2002. [31] Ruffmann, B., Silva, H., Schulte, B., Nunes, S.P. “Organic/ inorganic composite membranes for application in DMFC”, Solid State Ionics, 162-163, 269-275, 2003. [32] Silva, V.S., Ruffmann, B., Silva, H., Gallego, Y.A., Mendes, A., Madeira, L.M., Nunes, S.P. “Proton electrolyte membrane properties and direct methanol fuel cell performance: I. Characterization of hybrid sulfonated poly(ether ether ketone)/zirconium oxide membranes”, Journal of Power Sources, 140:1, 34-40, 2005. [33] Gulzow, E., Weihaar, S., Reissner, R., Schroder, W. “Fully automatic test facilities for the characterisation of DMFC and PEFC MEAs”, Journal of Power Sources, 118:1-2, 405410, 2003. [34] Zaidi, S.M.J., Mikhailenko, S.D., Robertson, G.P., Guiver, M.D., Kaliaguine, S. “Proton conducting composite membranes from polyether ether ketone and heteropolyacids for fuel cell applications”, Journal of Membrane Science, 173:1, 17-34, 2000. [35] Mikhailenko, S.D., Zaidi, S.M.J., Kaliaguine, S. “Sulfonated polyether ether ketone based composite polymer electrolyte membranes”, Catalysis Today, 67:1-3, 225-236, 2001. [36] Silva, V.S., Ruffmann, B., Vetter, S., Mendes, A., Madeira, L.M., Nunes, S.P. “Characterization and application of composite membranes in DMFC”, Catalysis Today, 104:24, 205-212, 2005.

[37] Silva, V.S., Weisshaar, S., Reissner, R., Ruffmann, B., Vetter, S., Mendes, A., Madeira, L.M., Nunes, S. “Performance and efficiency of a DMFC using non-fluorinated composite membranes operating at low/medium temperatures”, Journal of Power Sources, 145:2, 485-494, 2005. [38] James, P.J., Elliott, J.A., McMaster, T.J., Newton, J.M., Elliott, A.M.S., Hanna, S., Miles, M.J. “Hydration of Nafion (R) studied by AFM and X-ray scattering”, Journal of Materials Science, 35:20, 5111-5119, 2000. [39] Gavach, G. “Chemistry of solid state materials”, in: Colomban, P. (ed.), Proton conductors, Cambridge University Press, Cambridge, 1992, 294. [40] Park, H.S., Kim, Y.J., Hong, W.H., Lee, H.K. “Physical and electrochemical properties of Nafion/polypyrrole composite membrane for DMFC”, Journal of Membrane Science, 272:1-2, 28-36, 2006. [41] Woo, Y., Oh, S.Y., Kang, Y.S., Jung, B. “Synthesis and characterization of sulfonated polyimide membranes for direct methanol fuel cell”, Journal of Membrane Science, 220:1-2, 31-45, 2003. [42] Krishnan, P., Park, J.-S., Yang, T.-H., Lee, W.-Y., Kim, C.-S. “Sulfonated poly(ether ether ketone)-based composite membrane for polymer electrolyte membrane fuel cells”, Journal of Power Sources, In Press, Corrected Proof. [43] Yang, B., Manthiram, A. “Comparison of the small angle X-ray scattering study of sulfonated poly(etheretherketone) and Nafion membranes for direct methanol fuel cells”, Journal of Power Sources, 153:1, 29-35, 2006. [44] Jiang, R., Chu, D. “Comparative Studies of Methanol Crossover and Cell Performance for a DMFC “, Journal of Electrochemical Society, A69-A76, 2004. [45] Schaffer, T., Hacker, V., Hejze, T., Tschinder, T., Besenhard, J.O., Prenninger, P. “Introduction of an improved gas chromatographic analysis and comparison of methods to determine methanol crossover in DMFCs”, Journal of Power Sources, 145:2, 188-198, 2005. [46] Hamnett, A. “Mechanism and electrocatalysis in the direct methanol fuel cell”, Catalysis Today, 38:4, 445-457, 1997. [47] Yang, L.X., Allen, R.G., Scott, K., Christenson, P., Roy, S. “A comparative study of PtRu and PtRuSn thermally formed on titanium mesh for methanol electro-oxidation”, Journal of Power Sources, 137:2, 257-263, 2004. [48] Lee, J., Hong, S.,Ha, H. “Impedance Analysis on Transient Behavior of DMFC Anodes during Preconditioning Process”, Journal of the Electrochemical Society, 152:12, A2345-A2351, 2005. [49] Kho, B.-K., Oh, I.-H., Hong, S.-A., Ha, H.Y. “The effect of pretreatment methods on the performance of passive DMFCs”, Electrochimica Acta, 50:2-3, 781-785, 2004. [50] Liu, F., Wang, C.-Y. “Variations in interfacial properties during cell conditioning and influence of heat-treatment of ionomer on the characteristics of direct methanol fuel cells”, Electrochimica Acta, 50:6, 1413-1422, 2005. [51] Chen, W., Sun, G., Guo, J., Zhao, X., Yan, S., Tian, J., Tang, S., Zhou, Z., Xin, Q. “Test on the degradation of direct methanol fuel cell”, Electrochimica Acta, In Press, Corrected Proof. [52] Jia, N., St-Pierre, J., Knights, S., Wilkinson, D. “Method for activating a solid polymer electrolyte fuel cell”, 2001. [53] Thomas, S.C., Ren, X., Gottesfeld, S., Zelenay, P. “Direct methanol fuel cells: progress in cell performance and cathode research”, Electrochimica Acta, 47:22-23, 3741-3748, 2002. [54] Knights, S.D., Colbow, K.M., St-Pierre, J., Wilkinson, D.P. “Aging mechanisms and lifetime of PEFC and DMFC”, Journal of Power Sources, 127:1-2, 127-134, 2004. [55] Zhou, J., Zhao, X., Xin, Q., Yi, G., Yi, B. “Studies on performance degradation of a direct methanol fuel cell (DMFC) in life test”, Physical chemistry chemical physics, 6, 134-138, 2004. [56] “http://www.nanotechwire.com/news.asp?nid=2518&ntid=120&pg=1”, data de último acesso: 15-01-07. [57] “http://www.dpreview.com/news/0406/04062401toshibafuel.asp”, data de último acesso: 12-12-2006. [58] “http://www.portablegadgets.net/article/260/panasonic-fuel-cell-laptop”, data de último acesso: 12-12-2006 [59] Flipsen, S., F., J.,”Power sources compared: the ultimate truth?”, International Power Sources Symposium, 2005. [60] “http://www.ballard.com/resources/news_releases/PR001109.pdf”, data de último acesso: 12-12-2006. [61] “http://www.inovacaotecnologica.combr/noticias/noticia.php?artigo=010115040628, data de último acesso: 12-12-2006.

AUTORES Valter Silva é Licenciado em Engenharia Química pela FEUP (2004), onde é actualmente aluno de Doutoramento na área das células de combustível com alimentação directa de metanol. Os seus interesses de investigação centram-se na activação de uma célula de combustível e no desenvolvimento de modelos preditivos do seu comportamento, quer no processo de activação, quer durante o estado estacionário. Vasco Silva é Licenciado (2001) e Doutorado (2005) pela FEUP em Engenharia Química, tendo o tema da sua tese sido na área das células de combustível com alimentação directa de metanol. Actualmente desempenha funções de responsável no departamento de I&D da empresa SRE – Soluções Racionais de Energia. Os seus interesses de investigação centramse nas áreas das pilhas de combustível de membrana (hidrogénio e metanol) e electrolisadores de membrana. Luis Miguel Madeira é Professor Auxiliar no Departamento de Engenharia Química da FEUP. Licenciou-se em Engenharia Química no IST/UTL em 1993, tendo obtido o grau de Doutor em Engenharia Química pela mesma instituição em 1998. Os seus interesses de investigação centram-se nas áreas dos reactores de membrana catalítica, processos de oxidação avançados para tratamento de efluentes e células de combustível. Adélio Mendes é Professor Associado com Agregação no Departamento de Engenharia Química da FEUP. Licenciou-se em Engenharia Química (1987) e obteve o grau de Doutor (1993) em Engenharia Química pela Universidade do Porto. Os seus interesses de investigação centram-se nas áreas dos processos de separação envolvendo membranas e adsorventes, células de combustível, células solares, reactores de membrana catalítica e micro-reactores. 55_eq

prevenção e controlo da poluição [ métodos expeditos de estimativa da concentração de poluentes gasosos no interior de edifícios ]

métodos expeditos de estimativa da concentração de poluentes gasosos no interior de edifícios João F.P. Gomes1,2 Eng. Químico, Doutor Engª Química, Consultor do Center for Indoor Air Research (Linthicum, CO, EUA), Professor Coordenador Email: jgomes@deq.isel.ipl.pt 1 Dep. de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 2 CEBQ - Centro de Engenharia Biológica e Química, Dep. de Engenharia Química, Instituto Superior Técnico

Resumo Neste trabalho apresentam-se métodos, de fácil aplicação, que permitem determinar, de forma expedita, as concentrações no interior de edifícios de substâncias tóxicas devidas a emissões extemporâneas. Apresentam-se, igualmente, exemplos de aplicação que permitem responder ainda a problemas típicos que se colocam relativamente à ventilação de edifícios, como sejam a quantificação das taxas de renovação necessárias para fazer a exaustão de gases tóxicos acumulados no interior dos edifícios, ou como proceder para evitar a contaminação de gases vindos do exterior.

1. INTRODUÇÃO: SITUAÇÃO DO PROBLEMA Conhecidos que são os efeitos de determinados compostos voláteis sobre a saúde humana [1], e para poder actuar no sentido de uma protecção eficaz dos indivíduos expostos há que conhecer, com um razoável grau de rigor, as concentrações dessas mesmas substâncias no ar ambiente interior. Só deste modo é que será possível fazer a comparação entre as concentrações existentes e as concentrações máximas admissíveis, o que é conhecido como avaliação da conformidade [1], tendo em conta o actual estado-da-arte da toxicologia, o que consta, geralmente, de documentos normativos, legislação aplicável ou recomendações emitidas por entidades de reconhecida competência. A título de exemplo refira-se, no panorama nacional, a existência de uma norma portuguesa, a NP 1796 [2], que define a concentração máxima admissível para substâncias tóxicas existentes no ar dos locais de trabalho. Para o caso do ar ambiente no interior dos edifícios, a legislação nacional passou a incluir, recentemente, através do Decreto-lei Nº 78/2006, de 4 de Abril [3], concentrações máximas admissíveis para algumas substâncias tóxicas (físicas, químicas e biológicas). Naturalmente que, como sempre acontece em problemas desta natureza, e para poder efectuar avaliações de conformidade, haverá, à partida, pelo menos dois modos possíveis de obter concentrações de poluentes nas atmosferas interiores: proceder à quantificação das concentrações das substâncias tóxicas por medição directa in situ ou, em alternativa, proceder à estimativa dessas mesmas concentrações por métodos de cálculo, mais ou menos, aproximados. Se bem que ambas as metodologias possuam determinadas limitações, prefere-se, geralmente, recorrer às medições directas, desde que a sua representatividade possa ser assegurada, para poder efectuar as análises de conformidade [1]. Contudo, há determinadas situações, como sejam avaliações na fase de projecto, ou durante a fase de construção, em que não é, de todo, possível efectuar medições directas, à semelhança da metodologia de avaliação de impacte ambiental nas fases de pré-projecto [4]. Assim, para estas últimas situações, é absolutamente fundamental dispor de técnicas de estimativa adequadas, capazes de conduzir a valores fiáveis para as concentrações expectáveis. 56_eq

Este trabalho visa, assim, apresentar uma metodologia de cálculo das concentrações de substâncias voláteis, em atmosferas interiores, respondendo então, aos dois problemas mais frequentes que ocorrem nesta situação: a) Estimar concentrações de substâncias no ar ambiente interior devidas a emissões súbitas no interior dos edifícios; b) Estimar as concentrações de substâncias no ar ambiente interior devidas a contaminações provenientes do exterior.

2. ESTIMATIVA DAS CONCENTRAÇÕES DE SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NO AR AMBIENTE INTERIOR DEVIDAS A EMISSÕES SÚBITAS NO INTERIOR DOS EDIFÍCIOS A estimativa do caudal de emissão pode fazer-se com base na equação (1), que se apresenta em seguida, que foi desenvolvida para estimar as libertações de líquidos voláteis a partir de tanques de armazenagem [5], mas que pode ser utilizada nesta situação: q = [ 8,24x10-8 M0,835 P (1/29 + 1/M)0,25 U0,5 A ] / ( T0,05 L0,5 Pt0,5 )

Eq.(1)

em que: A = área da superfície de exposição, a partir da qual se faz a emissão (cm2) L = espessura da superfície (cm), podendo tomar-se √A M = peso molecular da substância emitida (g/g-mole) P = pressão de vapor da substância emitida (mm Hg) Pt = pressão atmosférica no local (atm) q = caudal de emissão (g/s) T = temperatura do ar (K) U = velocidade do ar (ft/min), pode tomar-se 100 ft/min (com T=298K e Pt= 1 atm)

Eq.(2)

em que: C = concentração no ar interior (ppm) K = factor de mistura, entre o ar e a substância tóxica, que, geralmente, varia entre 0,1 e 0,5 Vt = caudal de ventilação (ft3/min), que, geralmente, varia entre 500 e 3500 ft3/min Se for mais conveniente obter essa concentração em mg/Nm3 em vez de ppm, pode efectuar-se a respectiva conversão através da equação (3), para T=25 ˚C e P=1 atm: C (mg/m3) = C (ppm) M / 24,45

Eq.(4)

como esta equação tem carácter exponencial, a sua forma integrada, resulta na equação (5): Ci(t) = C0 [ 1 – exp (- r t) ]

Eq.(5)

em que: CI(t) = concentração, no interior, no tempo t, após a emissão (ppm) Ci(0) = concentração residual, no interior, antes da emissão (ppm) Ci(t) = incremento na concentração no tempo t, após a emissão (ppm) r = taxa de renovação de ar (r/h), em geral: 4 a 12 r/h em escritórios C0 = concentração no exterior resultando de uma emissão (ppm)

4. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Apresentam-se, de seguida, dois exemplos de aplicação que ilustram os métodos anteriormente enunciados, que evidenciam os resultados que se podem obter.

Uma vez estimado o caudal de emissão a partir da equação (1), a concentração daí resultante, na zona respiratória pode ser obtida através da equação (2), conforme sugerido pela EPA americana [6]: C = 1,7x105 T q / M Vt K

CI(t) = Ci(0) + Ci(t)

Eq.(3)

4.1. Caso 1 No interior de um edifício, limpam-se, com benzeno, 2 écrans metálicos a 15 ˚C. Cada écran tem uma área de 2 m2. Se o caudal de ventilação for de 2000 ft3/min e o factor de mistura de 0,4 ; estimar a concentração interior na zona respiratória, no interior do edifício. a) Propriedades físico-químicas do benzeno: Os dados termodinâmicos requeridos, que neste caso são a tensão de vapor do benzeno em função da temperatura, podem obter-se, por exemplo, a partir da referência [8]. P = 60 mm Hg a 15 ˚C

3. ESTIMATIVA DAS CONCENTRAÇÕES DE SUBSTÂNCIAS TÓXICAS NO AR AMBIENTE INTERIOR DEVIDAS A CONTAMINAÇÕES PROVENIENTES DO EXTERIOR Caso se verifique uma libertação súbita de substâncias tóxicas no exterior do edifício, a concentração de gases nas imediações do próprio edifício irá ficar elevada, o que poderá resultar num aumento da concentração dessas mesmas substâncias no interior do edifício, por entrada através do sistema de captação de ar exterior [7]. Nestas condições o acréscimo da concentração será dado, simplesmente, pela equação (4):

Naturalmente que o peso molecular da substância pode ser calculado a partir da sua composição molecular (C6H6) utilizando os pesos atómicos que constam da tabela periódica dos elementos [8]. M = 6 x 12 + 6 x 1 = 78 g/g-mol 57_eq

prevenção e controlo da poluição [ métodos expeditos de estimativa da concentração de poluentes gasosos no interior de edifícios ]

b) Outros dados do problema: Estes são apenas os dados do problema:

Ci (20 min) = 100 x [ 1 – exp (-6x20/60) ] = 86 ppm Ci (40 min) = 100 x [ 1 – exp (-6x40/60) ] = 98 ppm Ci (60 min) = 100 x [ 1 – exp (-6x60/60) ] = 99,8 ppm

A = 2 m2 = 20000 cm2 L = √A = 141,4 cm Pt = 1 atm T = 15 ˚C = 288 K U = 100 ft/min

Agora, a concentração global (acumulada) ao fim de 60 minutos, obtém-se através da equação (4), considerando Ci (60 min) = 100 x [1-exp(-6x60/60)] = 99,8 ppm

O cálculo do caudal de emissão no interior faz-se, agora, recorrendo à equação (1):

CI(60 min) = Ci (0 min) + Ci (60 min) = 0 + 99,8 = 99,8 ppm

q = 8,24x10-8 x 780,835 x 60 x (1/29 + 1/78)0,25 x 1000,5 x 20000 / ( 2880,05 141,40,5 10,5 )

Para obter os mesmos valores de incrementos a outras taxas de renovação, basta resolver, novamente, a equação (5), com esses novos valores

q = 8,24x10-8 x 38,01 x 60 x 0,466 x 10 x 20000 / ( 1,33 x 11,9 x 1 ) q = 1,106 g/s para cada écran ou seja, para um total de 2 écrans: q = 2 x 1,106 = 2,21 g/s A concentração de benzeno, na zona respiratória, pode agora ser calculada através da equação (2): C = 1,7 x 105 x 288 x 2,21 / (78 x 2000 x 0,4) = 1734 ppm ou, usando a equação (3): C = 1734 x 78 / 24,45 = 5532 mg/m3 Obtido este resultado, pode fazer-se a avaliação de conformidade recorrendo, por exemplo, à NP 1796. Desta norma consta para o benzeno uma concentração máxima admissível (TLV = Threshold Limit Value) de 30 mg/Nm3. Note-se que este resultado permite, ainda, responder a uma importante questão: conhecida a contaminação, como actuar para resolver o problema ? Naturalmente que a resposta mais óbvia é proceder à diluição da substância tóxica, com ar fresco, o que significa que há que aumentar o caudal de renovação de ar. A comparação entre o valor obtido de concentração e o valor limite permite responder, agora quantitativamente, à questão, calculando o número de renovações de ar (r) necessário para se conseguir a diluição do gás, através de:

Se: r = 4 r/h: Ci (20 min) = 100 x [1-exp(-4x20/60)] = 73 ppm Ci (40 min) = 100 x [1-exp(-4x40/60)] = 91 ppm Ci (60 min) = 100 x [1-exp(-4x60/60)] = 98 ppm E, se: r = 12 r/h: Ci (20 min) = 100 x [1-exp(-12x20/60)] = 98 ppm Ci (40 min) = 100 x [1-exp(-12x40/60)] = 99,9 ppm Ci (60 min) = 100 x [1-exp(-12x60/60)] = 99,99 ppm O que permite avaliar, quantitativamente, que quanto maior a taxa de entrada de ar fresco (neste caso contaminado), mais rápida será a contaminação global no interior do edifício. A figura 1 permite fazer a visualização deste fenómeno. Como anteriormente, também isto permite enunciar uma solução, que seria, por exemplo, baixar a taxa de renovação até se obterem concentrações inferiores aos valores limite admissíveis.

r = 5532 / 30 = 184, 4 = 185 renovações de ar. Se se pretender calcular o caudal de renovação de ar a insuflar para o interior do edifício, expresso por exemplo em m3/h, bastará multiplicar o número de renovações, r, assim obtido, pela cubicagem, ou seja, pelas dimensões da sala do edifício, expressa em m3. 4.1. Caso 2 Se a concentração de SO2 no exterior de um edifício, devido a uma libertação súbita, for de 100 ppm, quais os incrementos de concentração deste gás, no ar interior depois de 20, 40 e 60 minutos? Considere-se uma taxa de renovação de 6 r/h. Qual a concentração global após 60 minutos? E se as taxas de renovação forem, respectivamente, de 4 r/h? e 12 r/h? A primeira questão resolve-se, pela aplicação directa da equação (5), para os diversos incrementos de tempo considerados: 58_eq

5. LIMITAÇÕES O método apresentado para efectuar a estimativa das concentrações de substâncias tóxicas no ar ambiente interior devidas a emissões súbitas no interior dos edifícios tem uma limitação óbvia que é a de, em rigor, só ser aplicável a substâncias voláteis puras. Contudo, para situações em que sejam utilizadas substâncias não puras, mas sim misturas de composição conhecida, poderá utilizar-se, do mesmo modo, a equação (1), mas introduzindo as propriedades físico-químicas da mistura calculadas, em vez das propriedades das

6. CONCLUSÕES Os métodos apresentados baseiam-se em equações simples, de fácil aplicação, e que permitem determinar, de forma expedita, as concentrações no interior de edifícios de substâncias tóxicas devidas a emissões extemporâneas. Como se viu, nos exemplos de aplicação apresentados, permitem responder ainda a problemas típicos que se colocam relativamente à ventilação de edifícios, como sejam a quantificação das taxas de renovação necessárias para fazer a exaustão de gases tóxicos acumulados no interior dos edifícios, ou como proceder para evitar a contaminação de gases vindos do exterior.

Figura 1 Exemplo de aplicação do caso 2: evolução das concentrações de SO2 no interior de um edifício a partir de contaminação exterior, em função de diversas taxas de renovação

substâncias puras. Isto implica tomar propriedades médias [9] para a mistura relativamente ao peso molecular (M) e à pressão de vapor (P). O peso molecular médio, M’, será dado, simplesmente, por: M’ = ∑ xi Mi

REFERÊNCIAS Eq.(6)

[1] Gomes, J.F.P., Poluição atmosférica: um manual universitário, Ed. Publindústria, Porto, 2001 [2] NP 1796 – Higiene e Segurança no Trabalho. Valores

sendo: Mi = peso molecular de cada substância pura i xi = fracção molar de cada substância i

limite de exposição para substâncias nocivas nos locais de trabalho, IPQ, 1988 [3] Decreto-Lei Nº 78/2006, Diário da República, Iª série – A, 2411-2415, 2006

e a pressão de vapor média, P’, para a mistura, vem dada por:

[4] Gomes, J.F.P., Meio Ambiente e Impacte Ambiental”,

P’ = ∑ xi Pi

Eq.(7)

Ed. IAPMEI, Colecção: O gestor: Área da Produção, Vol. 7, Lisboa, 1994

em que: Pi = pressão de vapor de cada substância pura.

[5] Kumar, A., Estimate emissions from atmospheric

Assim, no caso da utilização de misturas, bastará introduzir os valores calculados de M’ e P’ na equação (1), em vez dos valores anteriormente referidos de M e P.

[6] USEPA, Cleaner technologies substitute assessment:

Para efectuar a avaliação de conformidade, pode recorrer-se, do mesmo modo à estimativa de valores limite de concentração médios para a mistura, através do método referido em [2], em que se considera que o valor limite de exposição é excedido quando a soma dos quocientes da concentração de cada componente da mistura pelo respectivo limite de exposição não exceder a unidade, ou seja:

[7] Kumar, A., Hoiem, K., Estimate onsite concentration

releases of hazardous substances, Environmental Engineering World, Nov-Dec, 20-23, 1996 a methodology resource guide. Ed. EPA, 744-R-95002, 1996 of hazardous substances, Chemical Engineering, Sep, 167-170, 1997 [8] Perry; R.H., Green, D.W., Chemical Engineers’ Handbook, Mc Graw Hill, New York, 1999 [9] Gomes, J.F.P., Program calculates critical properties,

∑ ( Ci / VLEi ) = C1/VLE1 + C2/VLE2 +... + Cn/VLEn >1

Hydrocarbon Processing, Sep., 110-112, 1988

59_eq

processos [ oxigénio utilizado no branqueamento de celulose ]

oxigénio utilizado no branqueamento de celulose Roberta Maria Salvador Navarro*, Fabiana Maria Salvador Navarro, Elias Basile Tambourgi *autor correspondente Univ. Estadual de Campinas (UNICAMP) - Faculdade de Eng. Química Dep. de Engenharia de Sistemas Químicos, São Paulo – Brasil e-mail: roberta-navarro@ig.com.br

Resumo As indústrias de papel e celulose estão substituindo o uso do cloro elementar como agente de branqueamento visando a redução de compostos organo-clorados nos seus produtos e efluentes, além da eliminação parcial ou completa de cloro elementar ou qualquer matéria-prima clorado. Reagentes de branqueamento livres de cloro, tais como oxigénio estão sendo bem aceites no mercado actual. A pré-deslignificação com oxigénio reduz pela metade a necessidade de cloro no estágio subsequente de cloração, sendo que seu efluente pode ser reciclado, resultando num decréscimo de cerca de 50% da carga poluente do branqueamento. Devido à redução da lignina residual da polpa, o número de estágios subsequentes ao tratamento de pré-deslignificação com oxigénio pode ser reduzido. A introdução do branqueamento com oxigénio substitui dois estágios de uma sequência convencional de branqueamento que representa uma redução significativa no alto custo de investimento necessário à instalação da pré-deslignificação com oxigénio também há um significativo decréscimo no custo do tratamento do efluente de branqueamento. A fabricação de oxigénio requer menos energia do que a necessária na preparação de quantidade equivalente de cloro, o que torna o oxigénio um reagente mais barato e apresenta a grande vantagem de ser compatível com outros processos de branqueamento livre de cloro. Palavra chave: branqueamento, oxigénio, cloração.

INTRODUÇÃO As indústrias de papel e celulose estão substituindo o uso do cloro elementar como agente de branqueamento visando a redução de compostos organo-clorados nos seus produtos e efluentes, com o objectivo de atender as novas normas e legislações que actualmente exigem a eliminação parcial ou completa de cloro elementar ou qualquer matéria-prima clorada. Reagentes de branqueamento livres de cloro, tais como oxigénio, ozono, entre outros, estão sendo bem aceitos no mercado actual. [1] A pré-deslignificação com oxigénio reduz pela metade a necessidade de cloro no estágio subsequente de cloração. Sendo o efluente da pré-deslignificação livre de iões cloreto, ele pode ser reciclado para o sistema de recuperação do licor negro, resultando num decréscimo de cerca de 50% da carga poluente do branqueamento. Devido à redução de aproximadamente 50% da lignina residual da polpa, o número de estágios subsequentes ao tratamento de pré-deslignificação com oxigénio pode ser reduzido, especialmente, se este é associado a uma extracção oxidativa com oxigénio que reduz a cor do efluente. [2] A introdução do branqueamento com oxigénio substitui dois estágios de uma sequência convencional de branqueamento que representa uma redução significativa no alto custo de investimento necessário à instalação da pré-deslignificação com oxigénio também há um significativo decréscimo no custo do tratamento do efluente de branqueamento. Sob o aspecto energético, a fabricação de oxigénio requer menos energia do que a necessária na preparação de quantidade equivalente de cloro, o que torna o oxigénio um reagente mais barato do que os compostos clorados aos quais substitui. [3] O branqueamento com oxigénio apresenta a grande vantagem de ser compatível com outros processos de branqueamento livre de cloro, tais como: ozono e peróxidos. A grande desvantagem do branqueamento com oxigénio, especialmente da pré60_eq

-deslignificação com oxigénio, é o custo de investimento necessário para a implantação do processo, sendo o problema mais sério ainda em plantas de branqueamento já existentes. O alto custo de capital inicial ocorre porque a pré-deslignificação com oxigénio é, geralmente, efectuada em reactores pressurizados e em altas consistências (20 a 30%). A operação requer vários equipamentos, tais como: desaguadores, bombas de alta consistência, “fluffer” e reactores pressurizados que são de alto custo, quando comparados com equipamentos convencionais. [2] A maioria dos equipamentos deve ser fabricada em aço inoxidável para evitar problemas de corrosão, e equipamentos especiais de segurança devem ser instalados para monitorar e controlar os vapores e gases explosivos gerados no reactor durante a reacção. Como esses problemas não ocorrem na extracção alcalina oxidativa, a utilização de oxigénio na primeira extracção alcalina tem sido mais bem-sucedida que na pré-deslignificação. A Figura 1 mostra um fluxograma do estágio de deslignificação com oxigénio. [2]

Figura 1 Fluxograma do estágio de deslignificação com oxigénio. [2]

QUALIDADE DA POLPA BRANQUEADA COM OXIGÉNIO As propriedades de resistência de polpas branqueadas com sequências contendo oxigénio são equivalentes às de polpas branqueadas convencionalmente, desde que a deslignificação não exceda 50% no estágio de pré-deslignificação com oxigénio. (Senai CETCEP, 2001). A pré-deslignificação com oxigénio em alta consistência reduz o “pitch” e diminui o conteúdo de extractivos da polpa branqueada. Aparentemente, a quantidade de “pitch” é reduzida pela prensagem da polpa antes de ela entrar no reactor de oxigenação. Com relação à refinação da polpa, as polpas branqueadas com oxigénio são mais fáceis de refinar, isto é, elas requerem menos energia para atingir um determinado grau de refino que as polpas branqueadas convencionalmente. (Senai CETCEP, 2001)

IMPACTO DO BRANQUEAMENTO COM OXIGÉNIO NA RECUPERAÇÃO Quando se faz a pré-deslignificação com oxigénio, o total de sólidos que vai para a caldeira de recuperação aumenta devido a reciclagem dos sólidos do estágio de oxigenação. Por exemplo, com uma recuperação de 80% dos sólidos da pré-deslignificação com oxigénio ocorrerá um aumento de 45kg de sólidos por tonelada de polpa seca de folhosas, o que representa aproximadamente 3% do teor total de sólidos. (Mcdonough, T. J., 1983). A pré-deslignificação com oxigénio pode ser efectuada em baixa (1-5%), média (8-12%) ou alta (25-30) consistências. A escolha de um processo é determinada basicamente por razões económicas. Os principais factores que afectam a economia dos processos são: custo de capital do sistema, grau de deslignificação desejado, consumo de vapor, energia, álcali e oxigénio. Os custos de capital dos sistemas em altas consistências são geralmente mais elevados, principalmente pela necessidade de instalação de uma prensa antes do

reactor de oxigénio.

SELECTIVIDADE DO BRANQUEAMENTO COM OXIGÉNIO A selectividade pode ser definida pela razão entre o ataque a lignina e o ataque aos carboidratos pelo oxigénio durante a deslignificação. Este é, geralmente, quantificado pela medida da viscosidade da pasta ou a perda em rendimento, enquanto a quantidade de lignina é medida pelo número kappa. O factor dominante que governa a selectividade no branqueamento com oxigénio é o conteúdo de metais de transição presentes na polpa, pois estes catalisam a geração de radicais que degradam os carboidratos. A maioria das polpas possui quantidades apreciáveis de metais, tais como: ferro, cobre e manganês que causam esse efeito. [2] Uma das maneiras de resolver o problema é através da lavagem ácida da polpa para remover os metais antes da deslignificação com oxigénio. Outra maneira é a adição de compostos na polpa que previnem a degradação dos carboidratos durante a reacção da polpa com oxigénio. O protector mais comum utilizado para este fim são os sais de magnésio. A função do magnésio é formar o precipitado hidróxido de magnésio capaz de absorver em sua superfície os metais de transição, tornando-os inactivos para decompor peróxidos formados durante a deslignificação. [2]

QUÍMICA DAS SOLUÇÕES DE OXIGÉNIO O oxigénio é uma molécula que contém dois electrões desemparelhados, e, portanto, tem tendência a reagir dando origem a radicais livres. Os radicais resultantes, sendo extremamente reactivos, tendem a reagir com a primeira molécula que encontram, seja lignina ou carboidrato. Desta forma, ocorre simultaneamente a deslignificação e uma degradação indesejadas dos carboidratos, que não pode ser completamente suprimida. O processo com oxigénio tem-se tornado mais aceite à medida que se consegue minimizar esta degradação. A formação de radicais se dá pelo ganho de electrões. [4] 61_eq

processos [ oxigénio utilizado no branqueamento de celulose ]

PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA Para os processos com oxigénio, o transporte de massa deve ser considerado em primeiro lugar, pois se trata de um sistema de três fases (Figura 2). Uma dificuldade significativa é a baixa solubilidade do oxigénio em meio alcalino. Um processo eficiente deve facilitar a transferência do oxigénio para dentro da fibra e através da fase líquida. Isto pode ser conseguido, desde que a pressão parcial do oxigénio na fase gasosa e a área da interface líquido-gás sejam suficientemente grandes. Como consequência, a variável de maior importância no projecto dos sistemas com oxigénio é a consistência da pasta. Os efeitos de temperatura também são importantes. O calor de reacção é significativo e deve ser previsto, principalmente nos sistemas de consistência elevada. [2]

“newtoniano”, fenómeno que se denomina fluidização da pasta. Esta fluidização é obtida com misturadores dinâmicos, onde, simultaneamente, o gás injectado é disperso em bolhas minúsculas e transferido para a suspensão de fibras. Uma vantagem deste processo comparado ao de alta consistência é o menor investimento necessário, embora a eficiência de deslignificação seja menor. (1): O oxigénio precisa atravessar a interface gás-líquido; (2): Difundir através do filme de líquido que circunda a fibra; (3): Difundir através da parede da fibra, antes de reagir com a matriz da lignina. A uma determinada concentração de álcali, a redução do número kappa ao longo da reacção apresenta duas fases distintas, ambas de primeira ordem, uma inicial, mais rápida, seguida por uma reacção mais lenta, o que se atribui à existência de dois tipos distintos de lignina. Já em condições de processo, a deslignificação é interrompida quando o álcali é consumido, e chega-se a um número kappa limitante, que será diferente para cada temperatura (Figura 3). São usadas temperaturas próximas a 90°C.

Figura 2 Transferência de massa na deslignificação com oxigénio. [2]

VARIÁVEIS DO PROCESSO Tanto a deslignificação quanto a degradação da celulose são aceleradas com o aumento da concentração do álcali. Sendo a variável fundamental dos processos de deslignificação com oxigénio, a maioria das instalações comerciais opera em consistência alta. A vantagem da alta consistência é a pequena espessura da camada de líquido através da qual o oxigénio deve difundir para atingir a fibra. Além disso, a quantidade de matéria orgânica dissolvida, potencialmente oxidável, também é reduzida. Verificou-se que a suspensão da pasta em consistência próxima a 10%, quando submetida a uma alta tensão de cisalhamento, apresentará um comportamento de fluido 62_eq

Figura 3 Efeito da temperatura na velocidade de deslignificação. [5]

A pressão do oxigénio é de maior importância naquele processo cuja velocidade é controlada pela transferência de massa (reacção rápida, mistura pouco eficiente). Para os processos de alta consistência, a pressão indicada é da ordem de 8 a 10 kg/cm2.

CONSIDERAÇÕES FINAIS Devido a forte tendência pela utilização de processos de branqueamento de celulose livres de cloro elementar (processos EFC, Elemental Chlorine Free) e, inclusive, isentos de qualquer matéria-prima clorada (processos TFC, Totally Chlorine Free) novos procedimentos e reagentes que permitam a completa eliminação destes compostos estão sendo estudados. Um destes reagentes é o oxigénio, que resulta num produto com boa qualidade e permite também a redução da carga de poluente, a recirculação e queima dos licores residuais na caldeira de recuperação onde a maioria dos reagentes é recuperada. Deve ressaltar que o oxigénio é um reagente mais barato que os compostos clorados, pois sua fabricação requer menos energia do que a necessária para a preparação de quantidades equivalentes de compostos clorados, além de ser um processos adequado à preservação ambiental. REFERÊNCIAS [1] Navarro, S. M. R., “Estudo dos diferentes tipos de processos de branqueamento de celulose objetivando a comparação entre seus métodos e a geração dos potenciais de poluentes em seus respectivos efluentes.” Campinas, SP, 2004. [2] Senai CETCEP, Centro de Tecnologia em Celulose e Papel, “Apostila do Curso de Especialização em Celulose e Papel. Branqueamento de Celulose”, Telemaco Borba, Paraná, 2001. [3] Mcdonough, T. J. “Oxygen Bleaching Processs: on overview. In: Bleach Plant Operating Seminar”. Atlanta, Tappi 1983. [4] Thompson, N. S. “Topics on Oxygen Bleaching.” (Apostila do Curso de Especialização em Celulose e Papel), São Paulo, 1986. [5] Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, IPT. “Celulose e Papel, Tecnologia de Fabricação da Pasta Celulósica”, São Paulo 1988. AUTORES Roberta Maria Salvador Navarro é Bolsista em Pesquisa do CNPq – Nível Doutorado. Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Santa Cecília de Santos (2001), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas (2004). Actualmente é Doutoranda em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas. Fabiana Maria Salvador Navarro é Bolsista em Pesquisa do CNPq – Nível Doutorado. Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Santa Cecília de Santos (2001), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas (2004). Actualmente é Doutoranda em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas. Elias Basile Tambourgi é Bolsista de Produtividade em Pesquisa do CNPq – Nível 1D. Possui graduação e mestrado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas (1979 e 1982), Doutorado em Engenharia Química pela Universidade de São Paulo (1989) e Pós-Doutorado pela Universidade Técnica de Lisboa (1994). Actualmente é Professor Adjunto da Universidade Estadual de Campinas.

estante | internet

Autor Xavier Elias Castells Data de Edição 2005 ISBN 84-7978-694-9 Idioma Espanhol Editora Ediciones Díaz de Santos Nº Páginas 1234 Preço 123,08 euros à venda em www.publindustria.pt

Autores Nelson Lima, Manuel Mota Data de Edição 2003 ISBN 972-757-197-2 Idioma Português Editora Lidel Nº Páginas 528 Preço 33.25 euros à venda em www.publindustria.pt

3B’s

TRATAMENTO E VALORIZAÇÃO ENERGÉTICA DE RESÍDUOS “Tratamiento y Valorización Energética de Residuos” está estruturado em três partes distintas: a primeira começa com uma revisão das possibilidades dos resíduos como combustíveis, independentemente de se tratarem de resíduos urbanos, industriais ou agrícolas. A segunda parte e mais extensa é dedicada ao estudo detalhado das possibilidades de cada uma das tecnologias de conversão energética: incineração, gasificação, pirólise, secagem térmica, digestão anaeróbia, compostagem. Finalmente, os últimos três capítulos são dedicados aos aspectos que mais peso terão num futuro em relação à evolução destas tecnologias: os impactos ambientais resultantes destas actividades, o hidrogénio como combustível de futuro, e o estado da tecnologia mundial no domínio do tratamento térmico de resíduos, bem como as suas previsíveis tendências. Índice: Energia e meio Ambiente; Os resíduos como combustíveis; A combustão: Os contaminantes e a destruição térmica; Sistemas de tratamento térmico: a incineração; A gasificação; A pirólise; Sistemas de tratamento térmico; Processos biológicos: a digestão anaeróbia e a compostagem; Sistemas de tratamento térmico: processos a baixa temperatura, secagem; Tratamento térmico de gases; A recuperação da energia; Tratamento e acondicionamento de gases; Impactos ambientais e energia; O hidrogénio e as pilhas de combustível; Novas tecnologias para o tratamento e conversão.

BIOTECNOLOGIA: FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES A Biotecnologia resulta da integração das ciências naturais e da engenharia de forma a conseguir a aplicação de organismos, células ou partes das mesmas e análogos moleculares em produtos e serviços. Decorre desta concepção que a Biotecnologia é um campo altamente interdisciplinar, razão pela qual esta obra, Biotecnologia: Fundamentos e Aplicações, desenvolve capítulos nas áreas das ciências fundamentais que a suportam Biologia, Bioquímica, Imunologia, Genética e Bioprocessos, e nas áreas da sua aplicação - Biotecnologia Microbiana, Ambiental, da Saúde, das Plantas, dos Alimentos, sem esquecer, a Segurança e Regulamentação. A obra está pensada para um público-alvo universitário, nomeadamente, estudantes das licenciaturas ligadas às ciências da vida e às ciências da engenharia. Esta obra poderá ir igualmente ao encontro de temas abordados em disciplinas de cursos de pós-graduação e ser relevante para professores do ensino secundário ou outros profissionais ligados a diversos campos da Biotecnologia.

O sítio 3B’s foi criado para dar a conhecer o grupo de pesquisa 3B’s e tudo que envolve a sua actividade. O grupo de investigação 3B’s – Biomateriais, Biodegradáveis e Biomimética pertence ao departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade do Minho e o seu principal objectivo é a criação de novos materiais a serem utilizados em aplicações ambientais e biomédicas. A sua pesquisa está focada no desenvolvimento de novos biomateriais poliméricos e compósitos a partir de fontes naturais e de fontes renováveis (amido, quitina, quitosano e os seus derivados como a caseína, soja, algas e outros). A investigação é feita a partir da interface entre a engenharia dos materiais, química, ciências da vida e biotecnologia. Através deste sítio é possível obter informações acerca dos projectos de investigação, dos eventos e prémios e dos próprio grupo de investigação.

www.3bs.uminho.pt 63_eq

eventos [ calendário de feiras e formação ]

feira

temática

local

data

VINITECH

Salão Internacional de Equipamentos,

Santiago

12 a 14 Julho 2007

Técnicas e Serviços para a Indústria

Chile

informações

Fisa - Feira Internacional de Santiago www.fisa.cl

Vitivinícola FISPAL

Feira Internacional da Indústria Alimentar

São Paulo

- Alimentos, Bebidas, Tecnologia,

Brasil

23 a 26 Julho 2007

Fispal - Feiras e Produtos Comerciais Ltda. fispal@grupobrasilrio.com.br

Embalagem e Distribuição IFT FOOD EXPO

Feira dedicada à Indústria Alimentar

Chicago

28 Julho a 1 Agosto 2007

EUA

OFFSHORE - EUROPE

GLUPOR 7

NANOFORUM

MICROGERAÇÃO

Exposição e Conferência Internacional de

Aberdeen

Equipamentos para Plataformas Petrolíferas

Reino Unido

Encontro Internacional do Grupo Português

Oeiras

de Hidratos de Carbono

Portugal

Fórum e Exposição de Micro e

Milão

Nanotecnologias

Itália

Microgeração e Geração Distribuída

Lisboa

como Alternativa Real para Eficência

Portugal

4 a 7 Setembro 2007

12 a 15 Setembro 2007

Instituto de Tecnologia Química e Biológica www.itqb.unl.pt/glupor7

18 a 19 Setembro 2007

ITER www.iter.it

16 a 17 Outubro 2007

EUROPACAT VIII EUROPACAT, a mais importante conferência europeia de Catálise, é organizada de dois em dois anos. A conferência vai incluir todos os aspectos da catálise, como por exemplo, catalisadores, métodos de caracterização, cálculos teóricos e engenharia de reacções catalíticas. Biocatálise e catálise de polimerização estarão também incluídas no programa, assim como o papel da catálise na produção de combustíveis “limpos”, no processamento de gás natural e na “sociedade” do hidrogénio. Vários temas serão abordados durante o evento, podendo ser destacados os seguintes: nanotecnologias na catálise e novos materiais catalíticos, catálise para a indústria farmacêutica e a química fina (catálise homo e heterogénea), polimerização, catálise na refinação do petróleo, conversão do gás natural, a sociedade do hidrogénio (produção e armazenagem do hidrogénio), entre outros. Esta conferência decorrerá de 26 a 31 de Agosto na Finlândia.

64_eq

Spearhead Exhibitions Ltd. www.offshore-europe.co.uk

e Sustentabilidade

www.europacat.org

IFT - Institute of Food Technologists www.am-fe.ift.org

IIR Portugal www.iirportugal.com