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ORCID:  http://orcid.org/0009-0003-4025-0872
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2027-02-27
Title: Dual-function materials for hydrogen production integrated with carbon dioxide capture and in situ conversion into syngas
Alternate title (s): Materiais de dupla função para produção de hidrogênio integrado a captura e conversão in situ de dióxido de carbono em gás de síntese
Author: Viana, Gabriel Santos
First Advisor: Hori, Carla Eponina
First coorientator: Patrocinio, Antonio Otavio de Toledo
First member of the Committee: Toniolo, Fabio Souza
Second member of the Committee: Romanielo, Lucienne Lobato
Summary: A reforma com captura (SER) é uma tecnologia promissora para produzir H2 de alta pureza e captura eficiente de CO2. No entanto, a aplicação do CO2 capturado ainda é limitada. Neste trabalho, avaliamos a reforma a vapor/autotérmica aprimorada por sorção (SESR) e (SEATR) de bioetanol para produção de H2 e a conversão do CO2 capturado em gás de síntese por meio da reação de deslocamento reverso de água-gás (rWGS). Os catalisadores bimetálicos à base de NiM/Al-CaO (M = Co ou Cu) foram sintetizados pelo método sol-gel e caracterizados por diferentes técnicas. Os catalisadores Ni/Al-CaO e NiCo/Al-CaO mostraram capacidades de captura semelhantes após 20 ciclos de carbonatação/regeneração, 0,28 e 0,22 g CO2/g CaO, respectivamente, enquanto o catalisador NiCu/Al-CaO teve a capacidade de captura mais pobre, 0,18 g CO2/g CaO. Essa menor capacidade de captura pode estar relacionada à formação da fase Ca2CuO3, que por ser uma fase densa levou a uma redução na área superficial específica do material e a um maior tamanho de cristalito de CaO, diminuindo a adsorção de CO2. Essas propriedades também impactaram significativamente o SESR, uma vez que o NiCu/Al-CaO teve um baixo desempenho com uma fração molar de H2 em uma base seca e livre de inertes 𝑦̅ 𝐻2 ~ 87%. Durante o SESR, os catalisadores Ni e NiCo apresentaram 𝑦̅ 𝐻2 > 93%, e durante a SEATR 𝑦̅ 𝐻2 > 95% com um período de pré-avanço de 14 min após 10 ciclos em ambos os processos. O catalisador NiCo/Al-CaO apresentou melhor desempenho na conversão de CO2 e seletividade de CO de 87 e 97%, respectivamente, durante a rWGS após 10 ciclos SEATR. Além disso, a deposição de coque nos processos SER foi menor quando comparada aos processos convencionais, e a injeção de O2 durante o SEATR contribuiu ainda mais para a redução do coque.
Abstract: Sorption-enhanced reforming (SER) is a promising technology to produce high-purity H2 and efficient CO2 capture. However, the further application of the captured CO2 is still limited. In this work, we evaluated the sorption-enhanced steam/autothermal reforming (SESR / SEATR) of bioethanol for H2 production and the conversion of the captured CO2 into syngas via reverse water-gas shift reaction (rWGS). The bimetallic NiM/Al-CaO-based catalysts (M = Co or Cu), were synthesized by the sol-gel method and characterized by different techniques. The Ni/Al- CaO and NiCo/Al-CaO catalysts showed similar capture capacities after 20 carbonation/regeneration cycles, 0.28 and 0.22 g CO2/g CaO, respectively, while the NiCu/Al- CaO catalyst had the poorest capture capacity, 0.18 g CO2/g CaO. This poorest capture capacity may be related to the formation of the Ca2CuO3 phase, which being a denser phase led to a reduction in the specific surface area of the material and a larger CaO crystallite size, decreasing the adsorption of CO2. These properties also significantly impacted the SESR process, since the NiCu/Al-CaO performed poorly with a H2 mole fraction on a dry and inert-free basis (𝑦̅ 𝐻2) of ~ 87%. During SESR, the Ni and NiCo catalysts presented 𝑦̅ 𝐻2 > 93%, and during SEATR 𝑦̅ 𝐻2 > 95% with a pre-breakthrough period of 14 min after 10 cycles in both processes. The NiCo/Al-CaO catalyst showed better performance in CO2 conversion and CO selectivity of 87 and 97%, respectively, during rWGS after 10 SEATR cycles. Furthermore, coke deposition in SER was lower when compared to conventional processes, and O2 injection during SEATR further contributed to coke reduction.
Keywords: Hidrogênio
Etanol
Gás de síntese
Conversão de CO2
Deslocamento reverso de água-gás
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: VIANA, Gabriel Santos. Dual-function materials for hydrogen production integrated with carbon dioxide capture and in situ conversion into syngas. 2025. 77 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.124.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.124
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45129
Date of defense: 27-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
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