Palestra Hidrogênio

1. 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

2. Células a Combustível - Tecnologia do hidrogênio

4. WHIC-2010

7. 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)

8. Comparação de densidades energéticas

15. 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

16. 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

17. 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

18. Principais características

19. Aplicações

20. Vantagens e desvantagens

21. 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

22. 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

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

26. 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)

27. Empilhamento (Norma ABNT)

29. 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

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

39. OUTROS PAÍSES Célula a combustível e hidrogênio ISSO É BRASIL!

41. NIP

42. DOE

44. JAPÃO

45. JAPÃO – Apresentação na Plenária do ISO / Essen 2010

47. COREIA DO SUL

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

51. Inauguração do Posto de H2 em Berlim / Alemanha em 24.05.2010

53. Congresso Internacional de Hidrogênio - Alemanha / Essen – 24.05.10

54. Congresso Internacional de Hidrogênio - Alemanha / Essen – 24.05.10

55. Congresso Internacional de Hidrogênio - Alemanha / Essen – 24.05.10

57. Daimler Chrysler

58. 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

62. VW

64. Hyundai

65. 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

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

67. NASA Helios

68. 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

69. Congresso Internacional de Hidrogênio - Alemanha / Essen – 24.05.10

70. RESERVA DE MERCADO - PATENTES Célula a combustível e hidrogênio

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

72. Revista CHIP (Alemanha) – 06/2010 EUROPA

73. Revista CHIP (Alemanha) – 06/2010 EUROPA

74. ISO e IEC Célula a combustível e hidrogênio

77. 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

78. 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

79. 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

80. 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

81. 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

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