Ref.: MceMge04-002
Apresentador: Fabio Coral Fonseca
Autores (Instituição): Vilela, V.B.(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - CNEN/SP); Thyssen, V.V.(Instituto SENAI de Inovação em Biomassa); de Florio, D.Z.(Federal University of ABC); FERLAUTO, A.S.(Federal University of ABC); STEIL, M.C.(Univ. Grenoble Alpes - CNRS); Fonseca, F.C.(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - CNEN/SP);
Resumo:
O metano (CH4), principal constituinte do gás natural e do biogás, é uma fonte abundante para a obtenção de hidrocarbonetos de maior valor agregado. O acoplamento oxidativo do metano (OCM) é uma rota catalítica de conversão direta do CH4 em hidrocarbonetos C2 - etano (C2H6) e etileno (C2H4). O uso de dispositivos eletroquímicos como células a combustível de óxido sólido (SOFC) como reator para a reação de OCM possibilita o controle sinérgico das reações eletroquímicas de oxidação/redução para produção de energia com a catálise in-situ. Nesse contexto, o uso do óxido misto La0,5Ce0,5O2-delta (LCO) foi estudado como uma camada catalítica adicional no anodo à base de Ni/YSZ de uma SOFC para operação com CH4 como combustível. O LCO de fase única foi sintetizado pelo método de combustão. A presença de vacâncias de oxigênio no LCO, que podem beneficiar a reação de OCM, foi observada nos espectros Raman. As propriedades catalíticas do LCO foram investigadas em um reator catalítico de leito fixo a 800 ºC, resultando em uma seletividade e rendimento C2 de 41% e 8%, respectivamente. A SOFC foi preparada usando um substrato de zircônia estabilizada com ítria (YSZ). As camadas de catodo (La0,65Sr0,30MnO3) e anodo (NiO/YSZ) foram depositadas por serigrafia, enquanto a camada catalítica de LCO foi depositada por spray no lado anódico. A SOFC modificada com a camada catalítica de LCO teve suas propriedades eletroquímicas estudadas sob H2 e CH4. Durante os testes eletroquímicos, os gases de saída da câmara anódica eram analisados por um sistema de análise de gases GC/MS online. Os dados experimentais revelaram que a conversão de CH4 e a distribuição de produtos estão intimamente relacionadas às condições operacionais. O aumento da temperatura de operação de 750 para 850 °C favoreceu a conversão de CH4 e seletividade C2 pela contribuição das reações de desidrogenação térmica. Já o aumento da densidade de corrente de polarização de 20 para 100 mA·cm-2 diminuiu a formação dos hidrocarbonetos C2, devido a maior disponibilidade de espécies oxidantes na câmara anódica, favorecendo os produtos de oxidação total do metano. Além dos hidrocarbonetos C2, produtos de reforma interna do metano (CO e H2) foram detectados em todas as condições avaliadas. A SOFC modificada com a camada catalítica adicional apresentou um comportamento estável, mantendo uma corrente de 20 mA·cm-2, 10% de conversão de CH4 e 14% de seletividade C2 ao longo de 30 h de operação contínua. As reações catalíticas e eletroquímicas combinadas descritas são consideradas uma abordagem promissora para a produção simultânea de produtos químicos de interesse comercial e energia elétrica.