Reforma de etanol para produção de hidrogênio verde no Brasil

Abstract

This study focuses on the analysis of green hydrogen production through simulations carried out in the Aspen Plus V11 software, exploring its applications in the contemporary context. The primary objective of this research is to make green hydrogen production in Brazil feasible, using ethanol from sugar cane as a raw material. The simulation was based on the principles of the ethanol reforming process, including its operating conditions, with the aim of optimizing productivity. The simulation approach involved sensitivity analyses to improve both the production and the energy costs of the process. In order to carry out this work, it was necessary

to understand which thermodynamic model applies appropriately to the process, which are the reactants as well as the products of each reaction and, finally, through the sizing of each unit operation and the calculations necessary to achieve the CAPEX and OPEX of the production, it was possible to acquire all the costs of the process. The results revealed a molar conversion of approximately 57 % of green hydrogen in the final stream. When analyzing the implementation and operating costs, CAPEX and OPEX values of R$3,815,564.07 and R$136,963,706.82 were

obtained, respectively. At the end of the work, it was observed that the simulation was successful, as it achieved satisfactory conversion rates for a SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) fuel cell application, since it achieves efficiency levels with impure hydrogen. As for the costs incurred and the cost per kilogram of H2, both the cost of producing the gas and the cost of selling it become attractive when considered in the future context.

Este estudo concentra-se na análise da produção de hidrogênio verde por meio de simulações realizadas no software Aspen Plus V11, explorando suas aplicações no contexto contemporâneo. O objetivo primordial desta pesquisa é viabilizar a produção de hidrogênio verde no Brasil, utilizando etanol proveniente da cana-de-açúcar como matéria-prima. A simulação fundamentou-se nos princípios do processo de reforma do etanol, incluindo suas condições operacionais, com o intuito de otimizar a produtividade. A abordagem da simulação envolveu análises de sensibilidade para aprimorar tanto a produção quanto os gastos energéticos do processo. Sendo assim, para a elaboração do trabalho, procurou-se entender qual modelo termodinâmico se aplica adequadamente ao processo, quais são os reagentes, bem como os produtos de cada reação e, por fim, através do dimensionamento de cada operação unitária e os cálculos necessários para se alcançar o CAPEX e OPEX da produção, foi possível adquirir todos os custos do processo. Os resultados revelaram uma conversão molar

de aproximadamente 57 % de hidrogênio verde na corrente final. Ao analisar os custos de implementação e operação, foram obtidos valores de CAPEX e OPEX de R$ 3.815.564,07 e R$ 136.963.706,82, respectivamente. Ao concluir o trabalho, observou-se que a simulação foi bem-sucedida, pois alcançou índices satisfatórios de conversão para uma aplicação na célula de combustível SOFC (Célula de Combustível de Óxido Sólido), visto que a mesma consegue níveis de eficiência com hidrogênio impuro. Quanto aos custos incorridos e ao custo por quilograma de H2, fica evidente que tanto o custo de produção do gás e o custo de venda dele se tornam atrativos quando considerados no contexto futuro.