Abnt natal

Gerhard Ett, Dr Diretor Electrocell Coordenador ABNT - CB67 - Hidrogênio e Célula a combustível “ Workshop sobre Tecnologia de Hidrogênio – Normalização ” NATAL – 07.07.2010 DESENVOLVIMENTO DAS NORMAS TÉCNICAS DE HIDROGÊNIO NA ABNT E NA ISO

Células a Combustível - Tecnologia do hidrogênio

Cenário Aumento crescente da preocupação em relação ao meio-ambiente Aumento do consumo de energia não está acompanhando o aumento da oferta Dificilmente haverá combustíveis renováveis suficiente para suprir a demanda mundial Busca de soluções com melhor eficiência energética Pior seca dos últimos 60 anos (Greenpeace –Rio Amazonas 2005) Revista Época – out. 2006

TECNOLOGIA Célula a combustível e hidrogênio CEPEL

Hidrogênio Elemento mais abundante do universo (75%) - (NREL) 30% da massa do Sol Terceiro elemento mais abundante na Terra Incolor, inodora, densidade 0,0899g/L (o ar é 14 vezes mais denso) 1Kg de H 2 tem aprox. a mesma energia que: 3,5L de petróleo, 2,1Kg gás natural, 2,8Kg de gasolina Combustão do H 2 - gera 28.890kcal/kg

Propriedades H 2 CH 4 C 3 H 8 (GN) (GLP) Densidade 0.08988 0.7175 2.011 (Kg/m 3 ) Constante de gás 4124 518.8 188.5 (J/KgK) Temperatura de 530 645 510 ignição no ar (ºC) Limite de ignição 4.1-72.5 5.1-13.5 2.5-9.3 no ar (Vol.% ) Máxima velocidade 346 43 47 de queima (cm/s)

Comparação de densidades energéticas

Fontes para Geração de Hidrogênio - Amanhã Opções de Energia Renovável e suas matérias primas Hidrogênio Renovável Cana de Açúcar Resíduos/Dejetos Florestas Óleos Hidrelétrica Lenha Carvão Vegetal Briquetes Biodiesel Álcool Biogás Vinhoto Bagaço e Palha Eletrólise da água Solar / Eólica

Fontes para Geração de Hidrogênio - HOJE Como o hidrogênio é gerado no mundo atualmente: Fonte: Key World Energy Statistics 2004 Total 500 bilhões de M3/ano Antes de normalizar é impressindível conhecer o mercado e a tecnologia

Produção de hidrogênio Eletrólise da água: Eletrólise convencional (eletrolisadores) Eletrólise avançada (eletrodos e membranas especiais ) Na California existem postos de hidrogênio operados pela Honda e Toyota que produzem H 2 via células foto-voltaicas. Gaseificação de combustíveis fósseis e biomassa A gaseificação do carvão C +1/2(O 2 + 4N 2 )  CO + 2N 2 CO + H 2 O  CO 2 + H2 Reforma-vapor de hidrocarbonetos leves Oxidação parcial de hidrocarbonetos pesados Reforma-vapor do etanol e do gás natural A reforma on-board foi descartada pela comunidade européia, a opção foi cilindros de H2 com alta pressão TC 197/WG 8 Hydrogen generators using water electrolysis process TC 197/WG 9 Hydrogen generators using fuel processing technologies

Produção de hidrogênio (cont.) Outros processos Decomposição térmica da água 1700 o C, 10atm Decomposição termoquímica da água 3FeCl 2 + 4H2O  Fe 3 O 4 + 6HCl + H 2 Subprodutos de processos industriais Produção de soda caustica Industria petroquímica (Benzeno, tolueno, xileno)

Armazenamento de Hidrogênio Armazenamento como hidrogênio gasoso (cilindros) – Alta pressão 700bar Armazenamento como hidrogênio líquido Armazenamento como compostos intermetálicos Hidretos metálicos Nanotubos de carbono Cilindro de alumínio revestido com fibra de carbono e resina ISO TC 197/WG 15 Gaseous hydrogen - Cylinders and tubes for stationary storage

Segurança do Hidrogênio Inflamabilidade: 4,1 a 74,2% de H 2 em volume de ar seco - temp. de ignição 565 - 579 o C Combustão: chama azul clara, quase invisível Obs: Zeppelin (Hindenburg) Não foi o hidrogênio que explodiu! O revestimento do balão que pegou fogo. TC 197/WG 13 Hydrogen detectors

Oque são? São geradores eletroquímicos de eletricidade “ Convertem energia química em energia elétrica através das reações de oxidação do combustível (hidrogênio) e redução do comburente (oxigênio) promovidas pelo catalisador.” CÉLULAS A COMBUSTÍVEL IEC WG 1 - Terminology

Princípio de funcionamento (Tipo PEM) No ânodo: 2H 2  4H + + 4e - No cátodo: O 2 + 4H +  2H 2 O Reação Global: 2H 2 + O 2  2H 2 O

As células a combustível são mais antigas que o motor a combustão! Christian Friedrich Schoenbein – O descobridor (Philosophical Magazine - Jan.1838) (Princípio de funcionamento - Fev.1842) H 2 SO 4 com eletrodos de Pt William Robert Grove – O inventor

Membranas São membranas de troca iônica seletiva a prótons, cuja espessura varia espessura=50-180 µ m “ A membrana é uma cadeia polimérica flúor-carbono (esqueleto) com pequena porcentagem de grupos ácidos (sufônicos) fixados covalentemente, e neles o hidrogênio pode ser parcialmente ou totalmente trocado por cátions ou grupos catiônicos. “ Apresenta excelente condutividade, estabilidade química e térmica. Muito utilizadas em processos químicos de cloro-soda, eletrolizadores de água, dializadores MEMBRANA=Co-polímero entre tetrafluoroetileno e Fluoreto de perfluoro-3,6dioxa-4-metil-7-octenosulfonil

Catalisadores Por que platina? Concentração: Projeto Gemini: 28mg/cm2 Hoje: 0,18 mg/cm2 - Electrocell O importante não é a concentração, mas sim a área H 2 + 2Pt  2 Pt-H 2Pt-H  2 Pt + 2H + + 2e - (reação espontânea) Área: 100m 2 /g Estrutura: Nanocristalina

MEA ( Membrane Electrode Assemble) = MEA Catalisador + Eletrodos + Membrana

Características das PEM Densidade de corrente@tensão 0,7A/cm 2 @ 0,6-0,8V @ 80-90 o C 2,0A/cm 2 @ 0,4-0,5V @ 70 o [email_address] Concentração de Pt (anodo): 0,08-0,4mg/cm 2 Pt (catodo): 0,4-0,60mg/cm 2 1kW/h produz 0,5L de água Consumo de H 2 : 0,65Nm 3 /kWh Consumo de O 2 : 1,30Nm 3 /kWh Eficiência média: 60% Eficiência máxima: 83%

Placas coletoras Finalidade: Responsáveis pela condução da corrente elétrica, tanto no ânodo como no cátodo. Responsável pela distribuição de gases Material: Compósitos a base de carbono. Metalico Meta mundial: 10U$/kW

Na Células a combustível a eficiência não esta limitado ao ciclo de Carnot (LHV): -241,84 kJ/mol (água na forma líquida) Cálculo da eficiência elétrica V Tensão de trabalho % 0,4V 0,32 0,6V 0,48 0,8V 0,64 WG 11 - Fuel cell technologies - Part 7-1: Single Cell Test Method for Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC)

Empilhamento Why smaller? Nanotechnology technology Thinner plates Better power density Better thermal conductivity Better electrical conductivity Same eficency, 1/5 in size IEC - WG 2 - Fuel cell modules

Fluxograma de processo Unidade de controle gasoso H2 Unidade de Baterias Ar comprimido Unidade Inversora Unidade de Umidificação Unidade de Umidificação Sistema de controle e segurança Sistema de diagnóstico e monitoração Sistema de resfriamento H 2 Unidade de controle gasoso O2 Stack Carga Rede Chave de transferência

Principais VANTAGENS Elevada eficiência na conversão da energia, relativamente independente do valor da carga Menor consumo de combustível (50 a 70%) Ausência de ruído Baixa emissão de poluentes F acilidade de expansão, devido à sua característica de modularidade Resposta rápida a flutuações de demanda Baixo custo de manutenção Eliminação da chuva ácida - referente à poluição causadas na atmosfera com o dióxido de enxofre (SO 2 ) e os óxidos de nitrogênio (NOx); Desenvolvimento sustentável

MERCADO - BRASIL Célula a combustível e hidrogênio Electrocell Hytron Unitech Novocell

Mercado CUSTO GERADOR COMBUSTÍVEL TECNOLOGIA H2 PREÇO H2 LOGÍSTICA, ARMAZENAGEM H2 + MERCADO +

GM Também desenvolvem geradores de eletricidade com FC Acreditam que será viável iniciar em geração estacionária, posteriormente em automóveis

Potential markets for Electrocell in Brazil Back-up Energy for essential applications in the industry and service business Applications that need high quality energy 6.000 Hospitals and Chirurgic centers 263 Shoppings Centers 43.961 - Mobile applications Antennas 1.291 ISPs and Datacenters 270.000 Mainframes 2MW back-up 5 to 10kW 1.000 Modern office buildings 159 Banks

Célula a Combustível Estacionária 50kW PEM Geração Estacionária Geração de Energia Remota Residencial (condomínios ) Prédios de Escritório Back up Ecogem 50kW Cliente: Eletropaulo Liaison entre outros Grupos de trabalho - COBEI IEC - WG 4 - Performance of Fuel Cell Power Systems

Forma de onda without charge - Complete system- with charge - Complete system- Ecogem 50kW

Célula 5kW e Reformador a Gás Natural Integração de sistema 5kW PEM Estacionária Até 25kW Geração de Energia Remota Residencial Back up Reformador de GN integrado Cliente: CEPEL Ecogem 5kW Liaison entre outros Grupos de trabalho - COBEI Tecnologia brasileira IEC - WG 4 - Performance of Fuel Cell Power Systems

OUTROS PAÍSES Célula a combustível e hidrogênio ISSO É BRASIL!

Projeções de Mercado Previsão de mercado mundial da Indústria de Células a Combustível: Em 2011 - US$ 46 bi Fonte: DTI 2004 Japan Report Em 2021- superior a US$ 2 tri

Fuel Cells for Transportation In the U.S., there are currently: > 200 fuel cell vehicles > 20 fuel cell buses ~ 60 fueling stations Production & Delivery of Hydrogen In the U.S., there are currently: ~9 million metric tons of H 2 produced annually > 1200 miles of H 2 pipelines Fuel Cells for Stationary Power, Auxiliary Power, and Specialty Vehicles Fuel cells can be a cost-competitive option for critical-load facilities, backup power, and forklifts. The largest markets for fuel cells today are in stationary power, portable power, auxiliary power units, and forklifts. ~75,000 fuel cells have been shipped worldwide. ~24,000 fuel cells were shipped in 2009 (> 40% increase over 2008). Several manufacturers—including Toyota, Honda, Hyundai, Daimler, GM, and Proterra (buses) —have announced plans to commercialize vehicles by 2015. EUA - Apresentação EUA na Plenária do ISO / Essen 2010 Glenn Scheffler for Antonio Ruiz - US Department of Energy

JAPÃO – Apresentação na Plenária do ISO / Essen 2010

ISO - TC 197/WG 5 Gaseous hydrogen - Land vehicle filling connectors

Inauguração do Posto de H2 em Berlim / Alemanha em 24.05.2010

Ônibus a Hidrogênio - COPPE – RJ Ônibus de propulsão híbrida (bateria + Célula) com freio regenerativo Lançamento: Junho de 2010 Responsabilidades Electrocell: Engenharia do sistema de Célula a Combustível Tecnologia brasileira

Congresso Internacional de Hidrogênio - Alemanha / Essen – 24.05.10

BMW Em 1979 iniciou os estudos com hidrogênio. Utiliza motores a combustão com hidrogênio como combustível Na série 7 (745h) utiliza como APU uma célula de 5kW com hidrogênio líquido. 2000 Series 7 (745h) FUEL TYPE Gasoline/liquid hydrogen ENGINE TYPE ICE (fuel cell APU) FUEL CELL SIZE/TYPE 5 kW/PEM FUEL CELL MANUFACTURER UTC RANGE – 180 mi (300 km) MPG EQUIVALENT – n/a MAX SPEED – 140 mph IEC - WG 6 - Fuel cell system for propulsion and auxiliary power units (APU)

FORD O P2000 (Taunus) utiliza células da Ballards do tipo PEM. Iniciou os estudos com Fuel cell em 1990. Em 2002 abandonou o programa Th!nk Membro do grupo Freedom CAR

GM Tem como objetivo ser a primeira empresa a produzir 1Milhão de FCV. O maior desenvolvimento da empresa é na OPEL/Alemanha. Possui 500 funcionários desenvolvendo a tecnologia Aposta na tecnologia “gasoline onboard reforming” Parceiros: Toyota, Fiat, Suzuki, ChevronTexaco, Hydrogenics, BMW. 14 Modelos: Militar truck (2003), Hydrogen 3(2002), Hy-Wire(2002), AUTOnomy(2002), Chevy S-10(2001), Hydogen (2001)…

Honda Iniciou em 1980 estudo com FC Utiliza tecnologia da Ballards até 2005, mas tb desenvolve suas próprias FC. A aceleração do FCX é similar ao Civic Parceiros: PlugPower, Ballards O FCX é obtido por leasing a um custo de USD500/mês em dois anos. Pretende oferecer 30 veículos nos próximos 4 anos.

Toyota O híbrido Prius (Motor gasolina+bateria) já vendeu 100.000 unidades e espera vender 300.000 unidades em 2005. Iniciou os estudos com FC em 1992 e apresentou os primeiros veículo movido a H2 em 1996 Parceiros: GM, Daihatsu, Exxon, Giner. Leasing (modelo FCHV): USD10.000/mês por 2,5 anos

Ônibus Daimler Chysler Desenvolveram três gerações de ônibus movido a célula a combustível (Nebus em 1997, Zebus- e Citaro). Foram entregues nove Citaro para a comunidade européia, três para a Islândia e três para a Autrália. Utilizam FC de 200kW e hidrogênio pressurizado com reservatório de 205L

Submarinos Submarino U 31 classe 212, em teste no mar Baltico Projeto desenvolvido por Howaldtswerke-Deutsche Werft AG A Siemens forneceu as células para o U 31 do submarino alemão e para o submarino Grego da classe 209, com opção para 40 unidades de células do tipo PEM

Navios Cruzeiros (Projeto HDW) Trasporte de containers (Projeto HDW) Fragata Schleswig Holstein (Projeto HDW)

Especificações Técnicas: http://www.dfrc.nasa.gov Envergadura da Asa: 74 m Comprimento: 3,6 m Área de asa: 183 m2 Peso vazio: 600 kg Peso máximo: 928 kg, dependendo da missão e potência disponível Carga útil: 329 kg, incluído instrumentos e energia suplementar Energia Elétrica: 62120 células solares dupla face com eficiência de 19% Propulsão: 14 motores elétricos DC de 2 HP cada um, hélices de 2 metros projetadas para grande altitude+Fuel Cell Velocidade: 30 a 43 km/h a baixas altitudes e até 273 km/h a grandes altitudes Altitude: Até 100.000 pés Autonomia: De muitos dias até muitos meses Materiais: Fibra de carbono, Kevlar®, plástico transparente de alta resistência

RESERVA DE MERCADO - PATENTES Célula a combustível e hidrogênio

Provocações Revista CHIP (Alemanha) – 06/2010 Patentes Mundiais por habitantes

Revista CHIP (Alemanha) – 06/2010 EUROPA

ISO e IEC Célula a combustível e hidrogênio

Plenária ISO e Congresso WHIC – 2010 / Essen Em todas as apresentações das plenárias do congresso, colocaram como prioridade a normalização Presentes 5 ministros de estado A Comunidade européria colocou em regime de urgência a publicação de normas para hidrogênio e Célula a combustível

Desenvolvimento das Normas Técnicas de Hidrogênio na ABNT e na ISO. ABNT ( www.abnt.org.br ) Grupos de estudo - A sociedade propõe a necessidade de uma norma! Estudo da necessidade e aplicação de uma Norma Verificação de Normas no ISO e IEC Discussão Eleaboração da NORMA Consulta nacional Publicação ISO ( www.iso.org ) – Membro Permanente Estudo de casos Elaboração de DRAFT Discussão

ISO ISO Subcommittee/Working Group Title Hydrogen technologies TC 197/WG 5 Gaseous hydrogen - Land vehicle filling connectors TC 197/WG 6 Gaseous hydrogen and hydrogen blends - Land vehicle fuel tanks TC 197/WG 8 Hydrogen generators using water electrolysis process TC 197/WG 9 Hydrogen generators using fuel processing technologies TC 197/WG 10 Transportable gas storage devices - Hydrogen absorbed in reversible metal hydride TC 197/WG 11 Gaseous hydrogen - Service stations TC 197/WG 12 Hydrogen fuel - Product specification TC 197/WG 13 Hydrogen detectors TC 197/WG 14 Hydrogen fuel - Product Specification - Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for stationary appliances TC 197/WG 15 Gaseous hydrogen - Cylinders and tubes for stationary storage

IEC IEC Working Group : WG 1 - Terminology WG 2 - Fuel cell modules WG 3 - Stationary fuel cell power systems - Safety WG 4 - Performance of Fuel Cell Power Systems WG 5 - Stationary Fuel Cell Power Systems - Installation WG 6 - Fuel cell system for propulsion and auxiliary power units (APU) WG 7 - Portable fuel cell power systems - Safety WG 8 - Micro fuel cell power systems - Safety WG 9 - Micro fuel cell power systems - Performance WG 10 - Micro fuel cell power systems - Interchangeability WG 11 - Fuel cell technologies - Part 7-1: Single Cell Test Method for Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) WG AHG1 - Identification of the market needs for standardization work on fuel cell systems for propulsion and auxiliary power units

Grupo de trabalho - ABNT Grupo de trabalho Sub-grupos referência: IEC Working Group Referência: ISO Working Group GT1 GT1-1 Terminologia WG1 GT2 GT2-0 Empilhamento WG2 GT2-1 Empilhamento SOFC (STACK) GT2-2 Empilhamento MCFC, AFC, PAFC (STACK) GT2-3 Empilhamento PEM (STACK) GT3 GT3-0 Módulos WG4 GT3-1 Módulo Estacionário WG3, WG5 GT3-2 Módulo Automotor WG6, WG AHG1 WG5, WG6 GT3-3 Módulo Portátil WG7, WG8, WG8, WG9, WG10 GT4 GT4-0 Hidrogênio - Produção, armazenagem e trasporte WG11, WG12, WG13 GT4-1 Produção Hidrogênio - Eletrólise WG8 GT4-2 Produção Hidrogênio - REFORMA WG9 GT4-3 Armazenamento Hidrogênio WG10, WG15 GT4-4 Transporte Hidrogênio GT5 GT5 Célula a combustível WG11 GT6 GT6 Componentes e periféricos aberto WG14

Normas em andamento ISO Projeto Responsável Standard and/or project ISO 13984:1999 Liquid hydrogen -- Land vehicle fuelling system interface ISO 13985:2006 Liquid hydrogen -- Land vehicle fuel tanks PN 00:001.67 -003/1 Mauricio Cantão ISO 14687:1999 Hydrogen fuel -- Product specification Mauricio Cantão ISO 14687:1999/Cor 1:2001 Mauricio Cantão ISO 14687:1999/Cor 2:2008 ISO/TS 14687-2:2008 Hydrogen fuel -- Product specification -- Part 2: Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles ISO/PAS 15594:2004 Airport hydrogen fuelling facility operations ISO/TS 15869:2009 Gaseous hydrogen and hydrogen blends -- Land vehicle fuel tanks PN 00:001.67 - 005 Hani Hussein Aly El Sharawy ISO/TR 15916:2004 Adriana C. Rocha (*) Basic considerations for the safety of hydrogen systems PN 00:001.67 - 002/1 Pedro Villalobos ISO 16110-1:2007 Cristiano da Silva Pinto Hydrogen generators using fuel processing technologies -- Part 1: Safety ISO 16111:2008 Transportable gas storage devices -- Hydrogen absorbed in reversible metal hydride PN 00:0001.67-004 Jorge Trota ISO 17268:2006 Paulo Emílio V. de Miranda Compressed hydrogen surface vehicle refuelling connection devices ISO/TS 20100:2008 Gaseous hydrogen -- Fuelling stations ISO 22734-1:2008 Hydrogen generators using water electrolysis process -- Part 1: Industrial and commercial applications

NORMAS de HIDROGÊNIO e Células a Combustível em 2010 1. ABNT IEC/TS 62282-1:2009 Terminologia 2. ABNT ISO/TR 15916:2010 Considerações básicas para a segurança dos sistemas de hidrogênio 3. ABNT NBR ISO 14687-1:2010 Combustível de hidrogênio – Especificação do produto Parte 1: Todas as aplicações, exceto células a combustível de membrana de troca de prótons (PEM) para veículos rodoviários automotores 4. ABNT NBR ISO 16110-1:2010 Geradores de hidrogênio que utilizam tecnologias de processamento de combustível Parte 1: Segurança 5. ABNT NBR ISO 17268:2010 Dispositivos de conexão para reabastecimento de veículos terrestres com hidrogênio comprimido 6. ABNT NBR IEC 62282-2: 2010 (CONSULTA NACIONAL – 21.06.10) Tecnologia de Célula a Combustível - Parte 2 Previsão - elaboração 5 para 2010

Hidrogênio e Células a combustível são mais que um passo para a preservação de nosso maravilhoso . NATAL – 06.07.10

Obrigado Dr. Gerhard Ett Diretor – Electrocell [email_address] (11) 3039-8322 Coordenador ABNT/CEE-067 (Tecnologia de hidrogênio)

Abnt natal

Mais conteúdo relacionado

Semelhante a Abnt natal (20)

Último (20)

Abnt natal

Notas do Editor