Commit 505810
2025-03-06 10:21:19 Raquel Alves: Added attachment(s): Hidrogenio.md.| /dev/null .. Utilidades industriais/Hidrogenio.md | |
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| + | --- |
| + | title: Hidrogénio |
| + | author: |
| + | - Diogo Ralha - 2021220818 |
| + | - Raquel Bento - 2021222330 |
| + | date: 2024-02-28 |
| + | tags: #utilidades |
| + | --- |
| + | --> |
| + | |
| + | # Hidrogénio |
| + | |
| + | - **Autor**: |
| + | - Diogo Ralha - 2021220818 |
| + | - Raquel Bento - 2021222330 |
| + | - **Data**: 2024-02-28 |
| + | --- |
| + | |
| + | ## 1. Introdução |
| + | |
| + | A descoberta do hidrogénio remonta ao século XVI, embora só no século |
| + | XVIII tenha sido identificado como um elemento distinto. Ao longo dos |
| + | séculos, vários alquimistas e cientistas observaram a formação de um gás |
| + | inflamável durante reações químicas, mas sem compreenderem a sua |
| + | verdadeira natureza. |
| + | |
| + | No século XVI, o alquimista e médico suíço Paracelso notou que, ao |
| + | dissolver metais em ácidos, se libertava um gás. No entanto, sem o |
| + | conhecimento necessário para interpretar esse fenómeno, não percebeu que |
| + | se tratava de uma substância única. Mais tarde, no século XVII, o |
| + | químico britânico Robert Boyle também documentou a libertação de um gás |
| + | durante reações entre ácidos e metais, mas, tal como Paracelso, não o |
| + | identificou como um elemento distinto. |
| + | |
| + | Foi apenas em 1766 que o cientista britânico Henry Cavendish realizou |
| + | experiências sistemáticas que permitiram uma melhor compreensão deste |
| + | gás. Ao reagir diferentes metais com ácidos, recolheu o gás libertado e |
| + | verificou que era significativamente mais leve do que o ar. Além disso, |
| + | ao queimá-lo, observou que produzia água. Com base nestas |
| + | características, designou-o como "ar inflamável", sendo o primeiro a |
| + | reconhecer que se tratava de uma substância pura e não de um composto. |
| + | No entanto, Cavendish não conseguiu determinar completamente a sua |
| + | composição química. |
| + | |
| + | A identificação definitiva do hidrogénio como elemento foi feita pelo |
| + | químico francês Antoine Lavoisier, em 1783. Foi ele quem lhe deu o nome |
| + | "hidrogénio", derivado dos termos gregos "hydro" (água) e "genes" |
| + | (gerador), uma vez que demonstrou que a combustão do hidrogénio |
| + | resultava na formação de água. <sup>\[1\]\ \[2\]\ \[3\]</sup> |
| + | |
| + | A descoberta do hidrogénio representou um marco na química, contribuindo |
| + | para o avanço da estequiometria, da teoria dos gases e da compreensão |
| + | das reações químicas. Para além do seu impacto na ciência fundamental, o |
| + | hidrogénio revelou-se essencial para diversas aplicações industriais e |
| + | energéticas ao longo dos séculos. <sup>\[4\]</sup> |
| + | |
| + | Atualmente, com o aumento da preocupação ambiental e a necessidade de |
| + | transição energética, o hidrogénio tem ganho destaque como uma |
| + | alternativa promissora aos combustíveis fósseis. Quando obtido a partir |
| + | de fontes renováveis, o hidrogénio apresenta um elevado potencial para |
| + | reduzir as emissões de carbono. A sua viabilidade deve-se, em grande |
| + | parte, ao seu elevado rendimento energético, fornecendo cerca de 122 |
| + | kJ/g, o que equivale a aproximadamente 2,75 vezes mais energia do que |
| + | qualquer combustível fóssil convencional. <sup>\[5\]</sup> |
| + | |
| + | Com o avanço das tecnologias de produção, armazenamento e utilização, o |
| + | hidrogénio poderá desempenhar um papel crucial no futuro energético, |
| + | promovendo um sistema mais sustentável e eficiente. |
| + | |
| + | <img src="./IIP_Trabalho1/media/image1.png" |
| + | style="width:5.65625in;height:3.22055in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, diagrama, captura de ecrã, Tipo de letra Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /> |
| + | |
| + | **Figura 1**-Principais aplicações e formas de produção do hidrogénio |
| + | <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | ** |
| + | ** |
| + | |
| + | 1. **O que é o hidrogénio?** |
| + | |
| + | O hidrogénio (H), primeiro elemento da tabela periódica, é o mais |
| + | simples e abundante no universo. Na sua forma mais comum, é composto por |
| + | apenas um protão e um eletrão. No entanto, não ocorre naturalmente na |
| + | sua forma molecular (H₂) em grandes quantidades, estando presente em |
| + | compostos como a água e hidrocarbonetos. <sup>\[7\]\ \[8\]\ \[9\]</sup> |
| + | |
| + | Entre as suas principais características, destacam-se: |
| + | |
| + | - Leveza e baixa densidade: Gás mais leve do que a ar (cerca de 14 |
| + | vezes), dissipando-se rapidamente na atmosfera. |
| + | |
| + | - Estado físico e reatividade: Em condições normais, é um gás incolor, |
| + | inodoro e insípido, altamente reativo e combustível. A sua molécula |
| + | (H₂) é constituída por dois átomos de hidrogénio ligados por uma |
| + | ligação covalente forte, conferindo-lhe uma certa estabilidade. |
| + | |
| + | - Elevada energia específica: Possui um dos mais altos valores de |
| + | energia específica, sendo promissor para a transição energética. |
| + | |
| + | - Solubilidade e armazenamento: Baixa solubilidade em água e |
| + | diferentes métodos de armazenamento, como compressão e liquefação. |
| + | |
| + | Como é possível se visualizar na tabela 1, do ponto de vista |
| + | termodinâmico, a forma atómica do hidrogénio apresenta entalpia e |
| + | energia livre de Gibbs muito elevadas, enquanto a forma molecular (H₂) é |
| + | mais estável e viável para armazenamento energético. Através da tabela |
| + | 2, verifica-se que as propriedades físicas incluem baixa temperatura de |
| + | fusão e ebulição, elevada condutividade térmica e viscosidade reduzida, |
| + | tornando-o adequado para aplicações energéticas. |
| + | |
| + | **Tabela 1**- Propriedades termodinâmicas do hidrogénio <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 19%" /> |
| + | <col style="width: 20%" /> |
| + | <col style="width: 20%" /> |
| + | <col style="width: 20%" /> |
| + | <col style="width: 20%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th><strong>Estado</strong></th> |
| + | <th><p><strong>ΔH</strong></p> |
| + | <p><strong>(kJ/mol)</strong></p></th> |
| + | <th><p><strong>ΔG</strong></p> |
| + | <p><strong>(kJ/mol)</strong></p></th> |
| + | <th><p><strong>S</strong></p> |
| + | <p><strong>(J/Kmol)</strong></p></th> |
| + | <th><p><strong>Cp</strong></p> |
| + | <p><strong>(J/Kmol)</strong></p></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>H gasoso</td> |
| + | <td>218,0</td> |
| + | <td>203,3</td> |
| + | <td>114,7</td> |
| + | <td>20,8</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>H2</td> |
| + | <td>0</td> |
| + | <td>0</td> |
| + | <td>130,7</td> |
| + | <td>28,8</td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | **Tabela 2**- Propriedades físicas do hidrogénio <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 50%" /> |
| + | <col style="width: 50%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th><strong>Parâmetro</strong></th> |
| + | <th><strong>Valor</strong></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Massa molar</td> |
| + | <td>2, 016 g/mol</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Ponto de fusão</td> |
| + | <td>13,8 K</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Ponto de ebulição</td> |
| + | <td>20,3 K</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Densidade do líquido a 24,2 K</td> |
| + | <td>0,071 g/cm3</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Densidade do sólido a 24,2K</td> |
| + | <td>0,076 g/cm3</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Condutividade térmica a 25 ºC</td> |
| + | <td>0,1805 W/mK</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Capacidade calorifica a 25 ºC</td> |
| + | <td>28,83 J/molK</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Calor de combustão a 25 ºC e 1 atm</td> |
| + | <td>-285,829 kJ/mol</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Temperatura de autoignição</td> |
| + | <td>858 K</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Inflamabilidade no ar</td> |
| + | <td>4-74%</td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | Como é possível observar-se na figura 1, o hidrogénio pode existir em |
| + | vários estados dependendo da pressão e da temperatura. Pode ser |
| + | armazenado como gás comprimido, líquido ou em compostos químicos. Os |
| + | tanques de alta pressão atingem 70 MPa, enquanto os criogénicos operam a |
| + | temperaturas muito baixas. Como combustível, tem uma relação |
| + | energia/massa três vezes superior à gasolina, com elevada temperatura de |
| + | ignição e chama mais quente. |
| + | |
| + | <img src="./IIP_Trabalho1/media/image2.png" |
| + | style="width:4.63199in;height:3.1815in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, diagrama, file, Gráfico Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /> |
| + | |
| + | **Figura 2**-Diagrama de fases do hidrogénio <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | A sua utilização exige estratégias rigorosas de segurança devido aos |
| + | amplos limites de inflamabilidade e ao risco de ignição súbita. No |
| + | entanto, a rápida dispersão no ar reduz a probabilidade de explosões em |
| + | espaços abertos, tornando-o uma alternativa energética viável para um |
| + | futuro sustentável. |
| + | |
| + | ** |
| + | ** |
| + | |
| + | 1. **Os tipos de hidrogénio** |
| + | |
| + | O hidrogénio tem vindo a afirmar-se como uma alternativa viável, com |
| + | capacidade para transformar vários setores industriais. A sua grande |
| + | vantagem reside na versatilidade e no facto de, quando utilizado como |
| + | fonte de energia, emitir exclusivamente vapor de água, tornando-se, |
| + | assim, um elemento essencial na transição para um modelo económico mais |
| + | sustentável. Contudo, a natureza do hidrogénio pode diferir |
| + | substancialmente, dependendo da origem da energia empregue na sua |
| + | produção e do respetivo impacto ambiental. |
| + | |
| + | Atualmente, como é possível visualizar na tabela 3, são identificados |
| + | dez tipos principais de hidrogénio: verde, azul, castanho, cinzento, |
| + | rosa, roxo, turquesa, branco, vermelho e amarelo. |
| + | <sup>\[10\]\ \[11\]\ \[12\]\ \[13\]</sup> |
| + | |
| + | **Tabela 3**-Tipos de hidrogénio e os seus processos de obtenção |
| + | <sup>\[6\]\ \[10\]\ \[11\]\ \[12\]\ \[13\]\ \[14\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 18%" /> |
| + | <col style="width: 36%" /> |
| + | <col style="width: 44%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th><strong>Tipo de Hidrogénio</strong></th> |
| + | <th><strong>Processo de obtenção</strong></th> |
| + | <th><strong>Demonstração do processo de obtenção</strong></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Hidrogénio Verde</td> |
| + | <td>É amplamente reconhecido como a opção mais ecológica, uma vez que é |
| + | gerado por eletrólise da água, utilizando energia proveniente de fontes |
| + | renováveis, como a solar e a eólica. Este processo não gera emissões de |
| + | carbono e faz uso de um recurso natural abundante. No entanto, enfrenta |
| + | desafios como o alto custo de produção e a necessidade de infraestrutura |
| + | específica.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image3.png" |
| + | style="width:3.15995in;height:0.94903in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Hidrogénio Azul</td> |
| + | <td>A sua produção assenta na reforma do metano, um composto de origem |
| + | fóssil, mas diferencia-se pela utilização de tecnologias de captura e |
| + | armazenamento de carbono (CCS), que permitem uma redução significativa |
| + | das emissões poluentes. Embora não seja tão ecológico como o hidrogénio |
| + | verde e a captura de carbono ainda não seja totalmente eficiente |
| + | (podendo ocorrer fugas de CO<sub>2</sub>), este desempenha um papel |
| + | importante no processo de descarbonização do setor energético.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image4.png" |
| + | style="width:3.13225in;height:0.81219in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Hidrogénio Castanho</td> |
| + | <td>Resulta da transformação de combustíveis fósseis (gaseificação), |
| + | como o carvão, sem qualquer mecanismo de retenção de carbono. O seu nome |
| + | deriva precisamente da elevada carga poluente (CO<sub>2</sub> e gases |
| + | nocivos) associada ao seu processo de produção.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image5.png" |
| + | style="width:1.62319in;height:1.62071in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Hidrogénio Cinzento</td> |
| + | <td>É gerado através do método de reforma de metano a vapor (SMR), um |
| + | dos mais comuns na indústria do hidrogénio e, também, mais económico. |
| + | Embora a sua pegada ambiental seja inferior à do hidrogénio castanho, |
| + | continua a gerar emissões significativas de carbono.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image6.png" |
| + | style="width:2.9109in;height:0.91667in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Hidrogénio Rosa</td> |
| + | <td>Tem origem na eletrólise alimentada por energia nuclear. Além disso, |
| + | o calor residual das centrais nucleares pode ser aproveitado para |
| + | otimizar a eficiência do processo. Como não envolve a emissão de gases |
| + | com efeito de estufa, é considerado uma alternativa sustentável.</td> |
| + | <td rowspan="3"><img src="./IIP_Trabalho1/media/image7.png" |
| + | style="width:3.01689in;height:0.87626in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Hidrogénio Roxo</td> |
| + | <td>É gerado através de eletrólise quimiotérmica, que combina |
| + | eletricidade e calor proveniente da energia nuclear. Este processo |
| + | aumenta a eficiência de eletrólise, reduzindo o consumo elétrico |
| + | necessário para a separação das moléculas de água. No entanto, a |
| + | utilização de calor a temperaturas elevadas exige tecnologias avançadas, |
| + | além de levantar desafios na gestão dos resíduos nucleares.</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Hidrogénio Vermelho</td> |
| + | <td>É produzido por meio de eletrólise de alta temperatura, utilizando o |
| + | calor de reatores nucleares de alta temperatura (HTGRs). Este método é |
| + | considerado o mais eficiente em comparação com o hidrogénio rosa e o |
| + | hidrogénio roxo, uma vez que reduz significativamente o consumo de |
| + | eletricidade, tornando o processo mais económico a longo prazo. No |
| + | entanto, a necessidade de reatores especializados e tecnologia avançada |
| + | resulta em custos elevados e desafios tecnológicos na sua |
| + | implementação.</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Hidrogénio Turquesa</td> |
| + | <td>É produzido por pirólise do gás natural e tem como subproduto o |
| + | negro de fumo, uma forma sólida do carbono. Deste modo, não há emissão |
| + | direta de <a href="https://www.ecycle.com.br/co2/">dióxido de |
| + | carbono</a> na <a href="https://www.ecycle.com.br/co2/">atmosfera</a>. |
| + | Porém, ainda é uma tecnologia emergente que requer um elevado consumo |
| + | energético.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image8.png" |
| + | style="width:2.64124in;height:0.7979in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Hidrogénio Branco</td> |
| + | <td>É uma forma natural de hidrogénio encontrado de forma espontânea em |
| + | depósitos subterrâneos, podendo ser explorados através da perfuração de |
| + | poços. A sua formação resulta de processos naturais, como a |
| + | desgaseificação da crosta e do manto terrestre, reações químicas entre |
| + | rochas e a interação com água e minerais, tornando-o numa potencial |
| + | fonte sustentável de hidrogénio. No entanto, a sua disponibilidade é |
| + | muito limitada.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image9.png" |
| + | style="width:3.17143in;height:1.76808in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Hidrogénio Amarelo</td> |
| + | <td>É obtido através da fotoeletrólise com energia solar. É um processo |
| + | limpo, pois depende de uma fonte renovável de energia e não ocorrem |
| + | emissões de CO<sub>2</sub>. Ainda assim, é um processo cujo preço é |
| + | bastante elevado.</td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image10.png" |
| + | style="width:3.16585in;height:0.97537in" /></td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | 1. **Processos de obtenção de hidrogénio** |
| + | |
| + | Os processos de produção de hidrogénio podem ser divididos entre duas |
| + | grandes categorias: fontes fósseis (métodos baseados em combustíveis |
| + | fósseis amplamente utilizados, mas com emissões significativas de |
| + | dióxidos de carbono) e fontes renováveis (métodos renováveis |
| + | sustentáveis, mas com desafios técnicos e económicos). |
| + | |
| + | > <img src="./IIP_Trabalho1/media/image11.png" |
| + | > style="width:5.35833in;height:2.33705in" |
| + | > alt="Uma imagem com texto, diagrama, Esquema, Tipo de letra Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /> |
| + | |
| + | **Figura 3**- Processos de produção de hidrogénio <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | No caso das fontes fósseis, existem duas formas de obtenção de |
| + | hidrogénio: a Reforma de Hidrocarbonetos que consiste na extração de |
| + | hidrogénio de combustíveis fósseis, como o gás natural e que se divide |
| + | em Reforma a Vapor de Metano (SMR), Oxidação Parcial (POX), Reforma |
| + | Autotérmica (ATR); e a Pirólise de Hidrocarbonetos. <sup>\[6\]</sup> |
| + | |
| + | **Tabela 4**-Processos de obtenção de hidrogénio a partir de fontes |
| + | fósseis <sup>\[6\]\ \[15\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 12%" /> |
| + | <col style="width: 30%" /> |
| + | <col style="width: 57%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th><strong>Processo</strong></th> |
| + | <th><strong>Descrição do Processo</strong></th> |
| + | <th><strong>Diagrama do Processo</strong></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Reforma a Vapor (SMR)</td> |
| + | <td><p>O metano reage com vapor de água a altas temperaturas para |
| + | produzir gás de síntese (mistura composta por hidrogénio e monóxido de |
| + | carbono).</p> |
| + | <p><u>Reações:</u></p> |
| + | <p>Reforma do metano:</p> |
| + | <p>CH<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>O<span class="math inline">↔︎</span>CO + |
| + | 3H<sub>2</sub></p> |
| + | <p>Water-Gas Shift reaction (WGS):</p> |
| + | <p>CO + H<sub>2</sub>O<span class="math inline">↔︎</span>CO<sub>2</sub> + |
| + | H<sub>2</sub></p> |
| + | <p>É um processo eficiente e amplamente utilizado na indústria. No |
| + | entanto, gera emissões de dióxido de carbono e requer altas |
| + | temperaturas.</p></td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image12.png" |
| + | style="width:4.03075in;height:1.40015in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, captura de ecrã, Tipo de letra, file Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Oxidação Parcial (POX)</td> |
| + | <td><p>O hidrocarboneto é parcialmente oxidado para produzir gás de |
| + | síntese.</p> |
| + | <p><u>Reações:</u></p> |
| + | <p>CH<sub>4</sub> + 1/2O<sub>2</sub> <span class="math inline">↔︎</span> |
| + | CO + 2 H<sub>2</sub></p> |
| + | <p>CH<sub>4</sub> + 2O<sub>2</sub><span class="math inline">↔︎</span> |
| + | CO<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>O</p> |
| + | <p>Este processo é rápido e adequado para hidrocarbonetos pesados. Ainda |
| + | assim produz menos hidrogénio que a reforma a vapor e gera dióxido de |
| + | carbono.</p></td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image13.png" |
| + | style="width:4.18588in;height:1.1966in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, captura de ecrã, Tipo de letra, branco Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td>Reforma Autotérmica (ATR)</td> |
| + | <td><p>É a combinação da Reforma a Vapor e Oxidação Parcial, sendo |
| + | utilizado calor gerado internamente ao processo.</p> |
| + | <p><u>Reação:</u></p> |
| + | <p>4CH<sub>4</sub> + O<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O<span |
| + | class="math inline">↔︎</span> 4CO + 10H<sub>2</sub></p> |
| + | <p>Apresenta maior eficiência energética do que a reforma a vapor |
| + | isolada, mas é um processo mais complexo e necessita de controlo preciso |
| + | das reações envolventes.</p></td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image14.png" |
| + | style="width:4.15457in;height:1.27168in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, captura de ecrã, Tipo de letra, file Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /></td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td>Pirólise</td> |
| + | <td><p>Corresponde à decomposição térmica dos hidrocarbonetos em |
| + | hidrogénio e carbono sólido, sem emissões diretas de dióxido de |
| + | carbono.</p> |
| + | <p><u>Reação:</u></p> |
| + | <p>CH<sub>4</sub> <span class="math inline">→</span> C + |
| + | 2H<sub>2</sub></p> |
| + | <p>Este processo promove a redução de emissões de gases de efeito de |
| + | estufa (GEE), mas necessita de tecnologias que se encontram em |
| + | desenvolvimento e ainda de altas temperaturas de operação.</p></td> |
| + | <td><img src="./IIP_Trabalho1/media/image15.png" |
| + | style="width:3.7562in;height:1.69198in" |
| + | alt="Uma imagem com texto, captura de ecrã, Tipo de letra, file Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." /></td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | Através de fontes renováveis, é possível optar-se por processos com |
| + | biomassa (métodos que utilizam matéria orgânica como fonte de |
| + | hidrogénio) ou pela separação da água (*Water Splitting*), ou seja, |
| + | métodos que envolvem a quebra de moléculas de água para extrair |
| + | hidrogénio. |
| + | |
| + | Os Processos com Biomassa podem dividir-se em métodos biológicos, isto |
| + | é, processos naturais com baixo impacto ambiental, mas apresentam uma |
| + | baixa eficiência e tecnologias em desenvolvimento, e em métodos |
| + | termoquímicos, ou seja, processos que promovem a redução de resíduos |
| + | orgânicos e as baixas ou neutras emissões de carbono. No entanto, a sua |
| + | eficiência é variável consoante o processo e requer grandes quantidades |
| + | de biomassa. |
| + | |
| + | Os Processos de Separação de Água podem dividir-se entre a eletrólise, a |
| + | termólise e a fotólise. |
| + | |
| + | **Tabela 5**-Processos de obtenção de hidrogénio a partir de fontes |
| + | renováveis <sup>\[6\]\ \[15\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 33%" /> |
| + | <col style="width: 33%" /> |
| + | <col style="width: 33%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th colspan="2"><strong>Processos com Biomassa</strong></th> |
| + | <th rowspan="2"><strong>Processos por separação de água (<em>Water |
| + | Splitting</em>)</strong></th> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <th><strong>Métodos Biológicos</strong></th> |
| + | <th><strong>Métodos Termoquímicos</strong></th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td><p><u>Biofotólise</u>: Certas algas e bactérias utilizam a luz para |
| + | quebrar moléculas de água e formar a molécula de hidrogénio.</p> |
| + | <p><u><em>Dark-Fermentation</em>:</u> Os microrganismos fermentam |
| + | substratos orgânicos e produzem hidrogénio.</p> |
| + | <p><u>Foto-Fermentação:</u> As bactérias fotossintéticas convertem |
| + | biomassa em hidrogénio.</p></td> |
| + | <td><p><u>Pirólise:</u> Consiste na decomposição térmica da biomassa |
| + | para gerar hidrogénio.</p> |
| + | <p><u>Gaseificação:</u> Conversão da biomassa em gás de síntese a altas |
| + | temperaturas.</p> |
| + | <p><u>Combustão:</u> A biomassa é queimada para gerar energia com |
| + | formação de gases.</p> |
| + | <p><u>Liquefação:</u> Ocorre a transformação da biomassa em óleo |
| + | líquido, que pode ser processado para obtenção de hidrogénio.</p></td> |
| + | <td><p><u>Eletrólise:</u> Utiliza a eletricidade para decompor moléculas |
| + | de água em hidrogénio e oxigénio. É um processo com zero/baixas emissões |
| + | de dióxido de carbono, dependendo do tipo de energia utilizada. No |
| + | entanto é de alto consumo energético e custo elevado.</p> |
| + | <p><u>Termólise:</u> Ocorre a decomposição térmica as moléculas de água |
| + | em hidrogénio e oxigénio a temperaturas superiores a 2500ºC.</p> |
| + | <p>É um processo direto sem necessidade de reagentes, mas</p> |
| + | <p>requer temperaturas extremamente elevadas e materiais resistentes ao |
| + | calor.</p> |
| + | <p><u>Fotólise:</u> Utiliza a energia solar para decompor as moléculas |
| + | de água hidrogénio e oxigénio. Deste modo, é considerado um processo |
| + | sustentável e limpo. Contudo as tecnologias ainda se encontram em |
| + | estágio inicial e eficiência baixa.</p></td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | 1. **Aplicações do Hidrogénio** |
| + | |
| + | O hidrogénio é um elemento versátil com diversas aplicações na |
| + | indústria, energia e transporte. Com o crescente interesse na |
| + | descarbonização, o hidrogénio tem sido explorado como uma alternativa |
| + | sustentável para reduzir emissões de dióxido de carbono e melhorar a |
| + | eficiência energética em vários setores. |
| + | |
| + | O armazenamento do hidrogénio é um desafio fundamental para a sua |
| + | aplicação em diversos setores. Cada tipo de aplicação de hidrogénio |
| + | requer um método de armazenamento diferente, tendo como base certos |
| + | fatores como a segurança, a viabilidade económica e facilidade de |
| + | transporte. |
| + | |
| + | **Tabela 6**-Métodos de Armazenamento de hidrogénio |
| + | <sup>\[6\]\ \[15\]</sup> |
| + | |
| + | <table> |
| + | <colgroup> |
| + | <col style="width: 16%" /> |
| + | <col style="width: 51%" /> |
| + | <col style="width: 32%" /> |
| + | </colgroup> |
| + | <thead> |
| + | <tr class="header"> |
| + | <th rowspan="2"><strong>Estado Gasoso</strong></th> |
| + | <th><p><u>Armazenamento em Alta Pressão (<em>Compressed Hydrogen |
| + | Storage</em>)</u>:</p> |
| + | <p>O hidrogénio é comprimido a pressões elevadas (350-700 bar) e |
| + | armazenado em cilindros metálicos ou tanques de compósitos.</p></th> |
| + | <th><u>Motivo:</u> Uso em transporte e abastecimento rápido (usado em |
| + | veículos - FCEVs).</th> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <th><p><u>Armazenamento em Cavidades Geológicas:</u></p> |
| + | <p>O hidrogénio é armazenado em reservatórios subterrâneos (por exemplo, |
| + | formações geológicas).</p></th> |
| + | <th><u>Motivo:</u> Armazenamento em larga escala, ideal para gestão de |
| + | energia renovável (reservatórios estratégicos para redes elétricas |
| + | baseadas em hidrogénio).</th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td><strong>Estado Líquido</strong></td> |
| + | <td><p><em><u>Cryogenic Hydrogen Storage:</u></em></p> |
| + | <p>O hidrogénio arrefecido a -253ºC e mantido em tanques |
| + | criogénicos.</p></td> |
| + | <td><u>Motivo:</u> Essencial para aplicações espaciais e transportes de |
| + | longo alcance (indústria aeroespacial - combustível para |
| + | foguetões).</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td rowspan="3"><strong>Armazenamento em Materiais Sólidos</strong></td> |
| + | <td><p><u>Hidretos Metálicos <em>(Metal Hydrites)</em>:</u></p> |
| + | <p>O hidrogénio reage com metais (por exemplo, magnésio) e forma |
| + | hidretos reversíveis.</p></td> |
| + | <td><u>Motivo:</u> Aplicações em sistemas estacionários e militares, |
| + | devido à sua segurança.</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="odd"> |
| + | <td><p><u>Materiais Adsorventes (MOFs e Carvão ativado):</u></p> |
| + | <p>O hidrogénio é armazenado em materiais porosos, o que promove o |
| + | aumento da massa volumétrica.</p></td> |
| + | <td><u>Motivo:</u> Potencial para armazenamento eficiente a baixas |
| + | pressões para a pesquisa e desenvolvimento de baterias de |
| + | hidrogénio.</td> |
| + | </tr> |
| + | <tr class="even"> |
| + | <td><p><u><em>Liquid Organic Hydrogen Carries</em> – LOHC:</u></p> |
| + | <p>O hidrogénio é armazenado em moléculas líquidas orgânicas (por |
| + | exemplo, tolueno e dibenziltolueno - DBT) que podem ser hidrogenadas e |
| + | desidrogenadas reversivelmente.</p></td> |
| + | <td><u>Motivo:</u> Promove a segurança e facilidade de transporte de |
| + | hidrogénio.</td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | **Referências bibliográficas:** |
| + | |
| + | \[1\]-<https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Chemistry_of_the_Main_Group_Elements_(Barron)/02%3A_Hydrogen/2.01%3A_Discovery_of_Hydrogen> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[2\]- <https://www.metallurgyfordummies.com/history-of-hydrogen.html> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[3\]- |
| + | <https://www.mwcog.org/file.aspx?&A=zkpv0NhzZDWLPqP7LLLYTPZMIgxuq1QGhT8%2BMkINPbo%3D> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[4\]- Tian Q., Yao S., Shao M., Zhang W., Wang H., |
| + | Origin, discovery, exploration and development status and prospect of global natural |
| + | hydrogen under the background of “carbon neutrality”, China Geology, |
| + | 2022 (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[5\]- Balat, M. (2008). Potential importance of hydrogen as a future |
| + | solution. International Journal of Hydrogen Energy, 4013-4029 (acedido |
| + | em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[6\]- Merouani - Hydrogen Production, Storage and Utilization, de |
| + | Gruyter, 2025 (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[7\]-.<https://energyeducation.ca/encyclopedia/Molecular_hydrogen> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[8\]-<https://periodic-table.rsc.org/element/1/hydrogen> (acedido em |
| + | fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[9\]-<https://www.britannica.com/science/hydrogen> (acedido em |
| + | fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[10\]-<https://energyeducation.ca/encyclopedia/Types_of_hydrogen_fuel> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[11\]-<https://stargatehydrogen.com/blog/types-of-hydrogen/> (acedido |
| + | em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[12\]-<https://www.brunel.net/en/blog/renewable-energy/3-main-types-of-hydrogen> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[13\]-<https://hydrogeneurope.eu/in-a-nutshell/> (acedido em fevereiro |
| + | de 2025) |
| + | |
| + | \[14\]-<https://www.upscprep.com/types-of-hydrogen-green-purple-pink-yellow-bluw-turquoise-grey-brown-black-upsc-current-affairs/> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |
| + | |
| + | \[15\]- Farinha J. Reformação de metano com vapor de água em reformador |
| + | de escala laboratorial, Instituto Superior Técnico, 2008 |
| + | <https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/395137864141/Mestrado_Jos%E9_Farinha.pdf> |
| + | (acedido em fevereiro de 2025) |