BR102014003438B1 - hydrogen production process, energy production process in a hybrid vehicle, energy production system in a hybrid vehicle and hybrid vehicle - Google Patents

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Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO, PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA EM UM VEÍCULO HÍBRIDO, SISTEMA DE PRODUÇÃO DE ENERGIA EM UM VEÍCULO HÍBRIDO E VEÍCULO HÍBRIDO. A presente invenção se insere na indústria de energia elétrica, mais precisamente se referindo a um sistema de desidrogenação do etanol, que converte o etanol em um combustível mais energético para uso motores a combustão, enquanto produz hidrogênio, livre de monóxido de carbono, que é direcionado a uma célula a combustível para a produção de energia elétrica, e consequente propulsão elétrica e/ou híbrida de automóveis. Preferencialmente, a presente invenção refere-se a um processo de produção de energia em um veículo híbrido, que compreende as etapas de: (a) Prover um reator catalítico (5) ; (b) Alimentar o reator catalítico (5) com uma corrente de combustível vaporizada; (c) Dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico (5); (d) Efetuar no reator catalítico (5) reações de desidrogenação do combustível líquido; (e) Resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso (9) da corrente de combustível líquida; (f) Direcionar a corrente líquida de modo a alimentar um motor a combustão interna (8) para gerar energia ou retornar ao reator catalítico (5); (g) Captar um fluxo de ar (11); e (h) Direcionar o fluxo (...).PROCESS OF PRODUCTION OF HYDROGEN, PROCESS OF PRODUCTION OF ENERGY IN A HYBRID VEHICLE, SYSTEM OF PRODUCTION OF ENERGY IN A HYBRID VEHICLE AND HYBRID VEHICLE. The present invention is inserted in the electric power industry, more precisely referring to an ethanol dehydrogenation system, which converts ethanol into a more energetic fuel for use in combustion engines, while producing hydrogen, free from carbon monoxide, which is directed to a fuel cell for the production of electric energy, and consequent electric and / or hybrid propulsion of automobiles. Preferably, the present invention relates to a process of energy production in a hybrid vehicle, which comprises the steps of: (a) Providing a catalytic reactor (5); (b) Supply the catalytic reactor (5) with a vaporized fuel stream; (c) Direct the vaporized reagents to the catalytic reactor (5); (d) Carry out in the catalytic reactor (5) dehydrogenation reactions of the liquid fuel; (e) Cool the outlet stream in order to separate the gaseous stream (9) from the liquid fuel stream; (f) Direct the liquid current in order to feed an internal combustion engine (8) to generate energy or return to the catalytic reactor (5); (g) Capture an air flow (11); and (h) Direct the flow (...).

Description

Campo da InvençãoField of the Invention

[001] A presente invenção se insere na indústria de energia elétrica, mais precisamente se referindo a um sistema de desidrogenação do etanol, que converte o etanol em um combustível mais energético para uso em motores a combustão, enquanto produz hidrogênio, livre de monóxido de carbono, que é direcionado a uma célula a combustível para a produção de energia elétrica, e consequente propulsão elétrica e/ou híbrida de automóveis.[001] The present invention is inserted in the electric power industry, more precisely referring to an ethanol dehydrogenation system, which converts ethanol into a more energetic fuel for use in combustion engines, while producing hydrogen, free from carbon monoxide. carbon, which is directed to a fuel cell for the production of electric energy, and consequent electric and / or hybrid propulsion of automobiles.

Fundamentos da Invenção e Estado da TécnicaFundamentals of the Invention and State of the Art

[002] Células a combustível são dispositivos eletroquímicos cuja geração de energia elétrica ocorre por uma reação de oxidação-redução, em que são consumidos um agente redutor (combustível) e um agente oxidante (comburente). Geralmente, são utilizados o hidrogênio como combustível e o oxigênio do ar atmosférico como agente oxidante.[002] Fuel cells are electrochemical devices whose generation of electrical energy occurs through an oxidation-reduction reaction, in which a reducing agent (fuel) and an oxidizing agent (oxidizer) are consumed. Generally, hydrogen is used as a fuel and oxygen from atmospheric air is used as an oxidizing agent.

[003] Em relação às tradicionais formas de geração de energia elétrica, células a combustível representa uma alternativa mais vantajosa em termos de eficiência e redução de emissão de poluentes.[003] In relation to traditional forms of electricity generation, fuel cells represent a more advantageous alternative in terms of efficiency and reduction of pollutant emissions.

[004] Contudo, as propriedades físicas do gás hidrogênio dificultam o seu transporte, manuseio e armazenamento seguro. Deste modo, existe uma grande dificuldade em projetar aplicações móveis que utilizem o gás hidrogênio como um de seus combustíveis. Como a densidade de energia volumétrica do H2 é muito baixa, o armazenamento do H2 permanece um desafio em termos de peso, volume, segurança e custo.[004] However, the physical properties of hydrogen gas make it difficult to transport, handle and store safely. Thus, there is a great difficulty in designing mobile applications that use hydrogen gas as one of its fuels. As the volumetric energy density of H2 is very low, H2 storage remains a challenge in terms of weight, volume, safety and cost.

[005] Em uma tentativa de viabilizar o uso móvel de células a combustível alimentadas por hidrogênio, foi criado a técnica de células a combustível de membrana de troca protônica, ou “Proton Exchange Membrane” (PEM), que é uma membrana de permeabilidade seletiva, ou seja, ela permite o transporte de prótons atuando como condutor eletrolítico, enquanto possibilita a separação de gases como o hidrogênio de outros elementos, possibilitando assim a mobilidade de células a combustível alimentadas por hidrogênio ao se reformar certos combustíveis durante seu uso, para a produção de hidrogênio in loco.[005] In an attempt to enable the mobile use of hydrogen fuel cells, the proton exchange membrane fuel cell technique, or “Proton Exchange Membrane” (PEM), was created, which is a selective permeability membrane , that is, it allows the transport of protons acting as an electrolytic conductor, while allowing the separation of gases such as hydrogen from other elements, thus enabling the mobility of hydrogen fueled cells by reforming certain fuels during their use, for the hydrogen production in loco.

[006] Assim, certos combustíveis podem ser usados como portadores de hidrogênio como, por exemplo, o etanol, que além de ser líquido à temperatura ambiente possui uma grande capacidade de produção de hidrogênio.[006] Thus, certain fuels can be used as carriers of hydrogen, such as ethanol, which in addition to being liquid at room temperature has a large hydrogen production capacity.

[007] Neste sentido, cabe citar as células a combustível direta do etanol (DEFC), que é uma subcategoria de células a combustível PEM, na qual o etanol é alimentado diretamente na célula. No entanto, o seu desenvolvimento é limitado pela dificuldade de quebra da ligação dos carbonos do etanol em temperaturas baixas (80 a 120 °C), e também para oxidar o monóxido de carbono, como pode ser visto no artigo de R. Kavanagh et al., “Origin of Low CO2 Selectivity on Platinum in the Direct Ethanol Fuel Cell”, publicado na “Angewandte Chemie International”, edição 51, número 27, páginas 1572 a 1575, em 2012.[007] In this sense, it is worth mentioning the direct ethanol fuel cells (DEFC), which is a subcategory of PEM fuel cells, in which ethanol is fed directly into the cell. However, its development is limited by the difficulty of breaking the ethanol carbon bond at low temperatures (80 to 120 ° C), and also to oxidize carbon monoxide, as can be seen in the article by R. Kavanagh et al ., “Origin of Low CO2 Selectivity on Platinum in the Direct Ethanol Fuel Cell”, published in “Angewandte Chemie International”, edition 51, number 27, pages 1572 to 1575, in 2012.

[008] Como resultado, o desempenho das DEFC é geralmente muito pobre em relação às células PEM convencionais, que são alimentadas com hidrogênio puro. Mesmo operado a 200°C, a DEFC baseada em membrana de polibenzimidazol (PBI) tem seu desempenho muito inferior ao de células PEM alimentada com hidrogênio puro, como pode ser visto no artigo de J. J. Linares et al., “Different anode catalyst for high temperature polybenzimidazole-based direct etanol fuel cells”, publicado no International Journal of Hydrogen Energy, volume 38, páginas 620 a 630, em 2013.[008] As a result, DEFC performance is generally very poor compared to conventional PEM cells, which are fed with pure hydrogen. Even operated at 200 ° C, DEFC based on polybenzimidazole membrane (PBI) has a much lower performance than that of PEM cells fed with pure hydrogen, as can be seen in the article by JJ Linares et al., “Different anode catalyst for high temperature polybenzimidazole-based direct ethanol fuel cells ”, published in the International Journal of Hydrogen Energy, volume 38, pages 620 to 630, in 2013.

[009] Externamente à célula a combustível, o melhor desempenho para a geração de hidrogênio a partir do etanol é conseguido pela reforma a vapor.[009] Outside the fuel cell, the best performance for generating hydrogen from ethanol is achieved by steam reform.

[010] Documentos que descrevem o estado da arte de dispositivos capazes de produzir um fluxo reacional rico em hidrogênio para alimentação de sistemas de célula a combustível, utilizando mistura de água e um hidrocarboneto (tal como o etanol), como reagentes de partida em processos catalíticos de reforma são conhecidos. Tais dispositivos geralmente compreendem um vaporizador, um reformador catalítico em que o etanol é convertido em hidrogênio, e dióxido de carbono. Sistemas deste tipo são utilizados em veículos elétricos propulsionados por células a combustível alimentadas por hidrogênio da reação de reforma, evitando a necessidade de armazenamento a bordo do hidrogênio, sob a forma gasosa ou liquefeita.[010] Documents describing the state of the art of devices capable of producing a hydrogen-rich reaction flow for feeding fuel cell systems, using a mixture of water and a hydrocarbon (such as ethanol), as starting reagents in processes reform catalysts are known. Such devices generally comprise a vaporizer, a catalytic reformer in which ethanol is converted to hydrogen, and carbon dioxide. Systems of this type are used in electric vehicles powered by fuel cells powered by hydrogen from the reform reaction, avoiding the need for storage on board the hydrogen, in gaseous or liquefied form.

[011] A reação completa de reforma a vapor do etanol pode ser representada pela equação abaixo. CH3CH20H + 3H20 ^ 2CO2+6H2[011] The complete ethanol steam reforming reaction can be represented by the equation below. CH3CH20H + 3H20 ^ 2CO2 + 6H2

[012] Esta é uma reação endotérmica, ou seja, necessita de calor para ser mantida, mais precisamente ΔH0298 = 175,5 kJ mol-1. Por esta equação verifica-se que a reação de reforma a vapor do etanol envolve, necessariamente, quebra de ligação carbono-carbono, resultando em hidrogênio e dióxido de carbono (CO2). Além disto, a conversão do etanol com água em hidrogênio e CO2, por motivos cinéticos e termodinâmicos, dificilmente ocorre sem a formação de outros compostos à base de um carbono (C1), ou seja, CO (monóxido de carbono) e CHX (principalmente metano).[012] This is an endothermic reaction, that is, it needs heat to be maintained, more precisely ΔH0298 = 175.5 kJ mol-1. This equation shows that the ethanol steam reforming reaction necessarily involves breaking the carbon-carbon bond, resulting in hydrogen and carbon dioxide (CO2). Furthermore, the conversion of ethanol with water into hydrogen and CO2, for kinetic and thermodynamic reasons, hardly occurs without the formation of other compounds based on a carbon (C1), that is, CO (carbon monoxide) and CHX (mainly methane).

[013] Deste modo, outras reações também estão envolvidas no processo de reforma a vapor dos hidrocarbonetos em questão, e podem ser ilustradas pelas equações abaixo. CH3CH2OH # CH3CHO+H2 CH3CH2OH # CH4 + CO + H2 CH3CHO # CH4 + CO CO + H20 # C02 + H2 CH4 + H20 ^CO + 3H2[013] In this way, other reactions are also involved in the process of steam reforming the hydrocarbons in question, and can be illustrated by the equations below. CH3CH2OH # CH3CHO + H2 CH3CH2OH # CH4 + CO + H2 CH3CHO # CH4 + CO CO + H20 # C02 + H2 CH4 + H20 ^ CO + 3H2

[014] É possível verificar pelas equações descritas que a geração de monóxido de carbono (CO) é inevitável durante a reforma do etanol. Dessa forma, e em função da qualidade do fluxo gasoso de hidrogênio da reação de reforma, tais sistemas necessitam incorporar uma unidade de purificação ou dispositivos de filtragem do CO, uma vez que este composto afeta negativamente o correto funcionamento da célula a combustível, pois desativa os eletrodos convencionais, geralmente de Pt/C, os quais podem tolerar menos do que 10 ppm de CO, como pode ser visto no artigo de H. F. Oetjen et al., “Performance Data of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Using H 2 / CO as Fuel Gas ”,publicado no Journal of The Electrochemical Society, volume 143, número 12, páginas 3838 a 3842, em 1996.[014] It is possible to verify by the equations described that the generation of carbon monoxide (CO) is inevitable during the reform of ethanol. Thus, and depending on the quality of the hydrogen gas flow of the reform reaction, such systems need to incorporate a purification unit or CO filtering devices, since this compound negatively affects the correct functioning of the fuel cell, as it deactivates conventional electrodes, usually Pt / C, which can tolerate less than 10 ppm CO, as can be seen in the article by HF Oetjen et al., “Performance Data of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Using H 2 / CO as Fuel Gas ”, published in the Journal of The Electrochemical Society, volume 143, number 12, pages 3838 to 3842, in 1996.

[015] Como pode ser visto na literatura específica desta tecnologia, sistemas de purificação são geralmente custosos e envolvem diversos processos combinados, tais como a reação catalítica de deslocamento gás-água, reações de alta e baixa temperatura, a oxidação preferencial de CO ou ainda a metanação seletiva de CO. Outros processos alternativos podem incluir reatores membranas e filtros seletivos de hidrogênio. Em todos estes casos, os processos são onerosos para os sistemas de produção de energia, seja por custos, dimensões ou complexidade.[015] As can be seen in the specific literature of this technology, purification systems are generally costly and involve several combined processes, such as the catalytic reaction of gas-water displacement, high and low temperature reactions, the preferential oxidation of CO or even selective CO methanation. Other alternative processes may include membrane reactors and selective hydrogen filters. In all of these cases, processes are costly for energy production systems, whether due to costs, dimensions or complexity.

[016] Ainda, podem ser citados alguns documentos de patente específicos para a tecnologia em questão como, por exemplo, documentos que se referem especificamente a dispositivos de reforma do etanol.[016] Still, some patent documents specific to the technology in question can be cited, such as, for example, documents that specifically refer to devices for reforming ethanol.

[017] O pedido de PCT WO 2001000320 é um exemplo de tal tecnologia, pois descreve um processo para a reforma do etanol e a sua integração num sistema de células a combustível destinado à propulsão de um veículo.[017] The PCT application WO 2001000320 is an example of such technology, as it describes a process for the reform of ethanol and its integration in a fuel cell system intended for the propulsion of a vehicle.

[018] Em particular, este documento se refere a um sistema que inclui: uma unidade de produção de hidrogênio por reforma do etanol que compreende uma unidade de remoção do CO, uma célula a combustível e uma unidade de combustão para o metano e hidrogênio não consumido pela célula, por meio de uma série de trocadores de calor que gerenciam e usam o calor gerado nas diferentes reações.[018] In particular, this document refers to a system that includes: a hydrogen production unit by ethanol reform comprising a CO removal unit, a fuel cell and a combustion unit for methane and non-hydrogen consumed by the cell, through a series of heat exchangers that manage and use the heat generated in the different reactions.

[019] O documento europeu EP 1808327 A1 também descreve um método para a obtenção de energia elétrica a partir de células a combustível alimentadas com hidrogênio obtido por meio de reforma catalítica do etanol, bem como a sua aplicação em qualquer tipo de veículo.[019] European document EP 1808327 A1 also describes a method for obtaining electrical energy from fuel cells fueled with hydrogen obtained through catalytic reform of ethanol, as well as its application in any type of vehicle.

[020] O referido método compreende um primeiro estágio no qual etanol é diluído com água e introduzido num compartimento para o pré-aquecimento da mistura líquida e a sua subsequente vaporização. A mistura vaporizada é, então, injetada no reformador, que é um cilindro de metal ou de cerâmica contendo o catalisador.[020] The said method comprises a first stage in which ethanol is diluted with water and introduced into a compartment for the preheating of the liquid mixture and its subsequent vaporization. The vaporized mixture is then injected into the reformer, which is a metal or ceramic cylinder containing the catalyst.

[021] Um segundo estágio de tal método envolve a purificação do hidrogênio de reforma com a finalidade de remover o CO por meio da utilização de reatores que incorporam membranas de permeabilidade seletiva ao hidrogênio. Os gases residuais são recolhidos num dispositivo para recuperar o calor necessário à vaporização completa da mistura reagente que entra no reformador.[021] A second stage of such a method involves the purification of the reforming hydrogen in order to remove CO through the use of reactors that incorporate selective hydrogen permeability membranes. The waste gases are collected in a device to recover the heat necessary for the complete vaporization of the reagent mixture that enters the reformer.

[022] Ainda, podem ser citados outros documentos, tais como US 20070122667 A1, WO 1999061369 e WO 2002045839, que incorporam reformadores autotérmicos no qual a energia necessária para a reação de reforma vem da alimentação conjunta de oxigênio do ar juntamente com a mistura de etanol-água utilizando um catalisador adequado para a oxidação parcial do etanol em CO2 e água, de acordo com a equação abaixo. CH3CH20H + 2H20 + 0,502 # 2002 + 5H2[022] In addition, other documents can be cited, such as US 20070122667 A1, WO 1999061369 and WO 2002045839, which incorporate autothermal reformers in which the energy required for the reform reaction comes from the joint supply of oxygen from the air together with the ethanol-water using a suitable catalyst for partial oxidation of ethanol to CO2 and water, according to the equation below. CH3CH20H + 2H20 + 0.502 # 2002 + 5H2

[023] No entanto, como previamente citados, todos estes sistemas dependem de estágios de purificação do hidrogênio de reforma com a finalidade de remover o CO.[023] However, as previously mentioned, all of these systems depend on stages of purification of reforming hydrogen in order to remove CO.

[024] Já o documento WO 2004035466 descreve um método de desidrogenação ou reforma de álcoois. Mais particularmente, tal invenção descreve um processo para desidrogenar um álcool primário, como metanol ou etanol, para a produção de hidrogênio e seu uso numa célula a combustível para a produção de energia elétrica. O processo utiliza um catalisador de desidrogenação que contém cobre e compreende uma estrutura de metal suportado.[024] WO 2004035466 describes a method of dehydrogenation or reforming alcohols. More particularly, such an invention describes a process for dehydrogenating a primary alcohol, such as methanol or ethanol, for the production of hydrogen and its use in a fuel cell for the production of electrical energy. The process uses a dehydrogenation catalyst that contains copper and comprises a supported metal structure.

[025] Contudo, o acetaldeído é um produto indesejado ao lado de produtos como CO, metano e etanol não convertido, como previamente citado. Estes elementos são queimados e convertidos em CO2 e energia térmica para ser usada como fonte de calor no reator de desidrogenação e reforma.[025] However, acetaldehyde is an undesirable product alongside products such as CO, methane and unconverted ethanol, as previously mentioned. These elements are burned and converted into CO2 and thermal energy to be used as a heat source in the dehydrogenation and reform reactor.

[026] Assim, neste processo, a eliminação de CO ocorre em estágios adicionais por reação catalítica de deslocamento gás-água e por metanação, algo que também não é desejado.[026] Thus, in this process, the elimination of CO occurs in additional stages by catalytic reaction of displacement gas-water and by methanation, something that is also not desired.

[027] Ainda, outro inconveniente derivado da reforma catalítica do etanol realizada nos diferentes dispositivos mencionados é a geração gradual de depósitos de coque, que causam a desativação dos catalisadores presentes no reformador. Por este motivo, a reforma a vapor do etanol (RVE) é usualmente operada em temperaturas elevadas (acima de 550 °C), a fim de evitar a formação de coque, e assim obter alto rendimento de hidrogênio. Por outro lado, acima de 550 °C a RVE favorece termodinamicamente a formação do CO, devido à reação reversa de deslocamento gás-água, como mostrado nas equações anteriores.[027] Yet, another drawback derived from the catalytic reform of ethanol carried out in the different devices mentioned is the gradual generation of coke deposits, which cause the catalysts present in the reformer to be deactivated. For this reason, steam reforming of ethanol (RVE) is usually operated at high temperatures (above 550 ° C), in order to avoid the formation of coke, and thus obtain high hydrogen yield. On the other hand, above 550 ° C the RVE favors the formation of CO thermodynamically, due to the reverse reaction of gas-water displacement, as shown in the previous equations.

[028] Portanto, o desenvolvimento de um sistema de processamento de etanol, que impeça ou reduza consideravelmente a formação de CO e coque é necessário.[028] Therefore, the development of an ethanol processing system, which prevents or considerably reduces the formation of CO and coke, is necessary.

[029] Os autores da invenção no documento EP 2455334 descrevem um sistema de processamento de etanol que permite realizar o processo de reforma em duas fases (pré-reforma e reforma) o qual favorece consideravelmente o craqueamento de etanol, evitando, a formação de depósitos de coque e, consequentemente, a desativação dos sistemas catalíticos. Contudo, novamente, a remoção do CO ocorre em estágios adicionais de reação catalítica de deslocamento gás-água.[029] The authors of the invention in document EP 2455334 describe an ethanol processing system that allows the reform process to be carried out in two phases (pre-reform and reform) which considerably favors cracking of ethanol, avoiding the formation of deposits coke and, consequently, the deactivation of catalytic systems. However, again, CO removal occurs in additional stages of the gas-water displacement catalytic reaction.

[030] Em nenhum dos documentos citados anteriormente, foi apresentada uma solução que contemple o desenvolvimento de um sistema capaz de produzir um fluxo reacional rico em hidrogênio para alimentação de células a combustível, sem a necessidade de dispositivos ou estágios adicionais de remoção do CO e que reduza consideravelmente a formação de coque.[030] In none of the documents cited above, a solution was presented that contemplates the development of a system capable of producing a reaction flow rich in hydrogen for feeding fuel cells, without the need for devices or additional CO removal stages and that considerably reduces the formation of coke.

[031] Ainda, a redução de custo com catalisadores é outro quesito importante a ser considerado, já que os catalisadores comumente utilizados na reforma catalítica do etanol para a produção de hidrogênio são baseados em metais tais como Ni, Co, Pd, Rh e Pt. Os últimos três são metais nobres, cujo elevado preço se justifica dada à escassez de suas reservas minerais.[031] Still, the cost reduction with catalysts is another important issue to be considered, since the catalysts commonly used in the catalytic reform of ethanol for the production of hydrogen are based on metals such as Ni, Co, Pd, Rh and Pt The last three are noble metals, whose high price is justified given the scarcity of their mineral reserves.

[032] A resolução destas questões pode desempenhar um papel importante para o progresso e viabilização do uso de células a combustível híbridas de hidrogênio e etanol, aplicada a meios móveis, particularmente útil em veículos de transporte, sendo este o objetivo principal desta presente invenção.[032] The resolution of these issues can play an important role in the progress and viability of the use of hydrogen and ethanol hybrid fuel cells, applied to mobile media, particularly useful in transport vehicles, which is the main objective of this present invention.

[033] A invenção no documento WO 2004080589 descreve um catalisador à base de cobre suportado em zircônia que transforma diretamente o etanol em acetato de etila e hidrogênio a temperaturas a partir de 200 °C de acordo com a equação abaixo. 2 CH3CH2OH # CH3COOC2H5 + 2 H2[033] The invention in WO 2004080589 describes a copper-based catalyst supported on zirconia that directly transforms ethanol into ethyl acetate and hydrogen at temperatures from 200 ° C according to the equation below. 2 CH3CH2OH # CH3COOC2H5 + 2 H2

[034] Catalisadores a base de cobre são empregados tipicamente na desidrogenação do etanol a acetaldeído. Embora, a mesma quantidade de hidrogênio seja liberada na obtenção do acetaldeído, o acetato de etila é preferível devido a sua menor toxicidade e volatilidade. Além disso, o acetaldeído é de difícil manuseio e tem calor específico de combustão menor do que o acetato de etila. Mesmo que a RVE possa gerar muito mais hidrogênio por molécula de etanol, a desidrogenação do etanol gera um fluxo de hidrogênio livre de CO, não necessitando, portanto, de um estágio adicional de purificação ou de dispositivos de filtragem.[034] Copper-based catalysts are typically used to dehydrogenate ethanol to acetaldehyde. Although the same amount of hydrogen is released to obtain acetaldehyde, ethyl acetate is preferable due to its lower toxicity and volatility. In addition, acetaldehyde is difficult to handle and has a lower specific heat of combustion than ethyl acetate. Even though RVE can generate much more hydrogen per ethanol molecule, ethanol dehydrogenation generates a CO-free flow of hydrogen, thus not requiring an additional purification stage or filtering devices.

[035] Adicionalmente, a literatura técnica especializada relata em diversos documentos os desenvolvimentos realizados em catalisadores e processos de reforma de combustíveis, procurando solucionar os problemas do estado da técnica.[035] Additionally, the specialized technical literature reports in several documents the developments made in catalysts and fuel reform processes, seeking to solve the problems of the state of the art.

[036] Como exemplos de tais documentos podem ser citados o documento Norte-Americano US 7682724 B2, que descreve um sistema e um processo para reforma de um álcool, metanol ou etanol, para a produção de energia por meio de um motor (utilizando o resultado líquido da reação) e de uma célula de hidrogênio (utilizando o resultado gasoso da reação).[036] As examples of such documents, the North American document US 7682724 B2, which describes a system and a process for reforming an alcohol, methanol or ethanol, for the production of energy by means of an engine (using the result of the reaction) and a hydrogen cell (using the gaseous result of the reaction).

[037] A reação envolvida neste documento Norte-Americano ainda deve ser considerada de reforma, visto que efetua a quebra da ligação carbono-carbono, acarretando assim nas equações e substâncias já previamente descritas, algo não desejado.[037] The reaction involved in this North American document must still be considered as a reform, since it effects the breaking of the carbon-carbon bond, thus causing the previously described equations and substances, something undesirable.

[038] Ainda, é possível verificar que catalisadores de diferentes tipos possuem reatividade diferente. Deste modo, o cobre suportado em zircônia apresenta propriedade catalítica reacional intrínseca, a qual o cobre sozinho (como metal isolado) não teria. A reatividade do Cu-ZrO2, Cu-NiO, ou mesmo do Cu-Al2O3 são completamente diferentes, apenas possuem o elemento cobre em comum. Deste modo, estes catalisadores não podem ser considerados similares, mesmo contendo o mesmo elemento.[038] Still, it is possible to verify that catalysts of different types have different reactivity. In this way, copper supported on zirconia has intrinsic reaction catalytic property, which copper alone (as an isolated metal) would not have. The reactivity of Cu-ZrO2, Cu-NiO, or even Cu-Al2O3 are completely different, they only have the copper element in common. Thus, these catalysts cannot be considered similar, even if they contain the same element.

[039] Por exemplo, o Na(OH) - hidróxido de sódio é uma base forte utilizada na fabricação de papel, tecidos e detergentes. Sua ingestão pode causar danos graves e permanentes ao sistema gastrointestinal. O NaCl - cloreto de sódio ou sal de cozinha é essencial para a vida animal. A ingestão do cloreto de sódio é essencial ao metabolismo vital humano. E, ambos possuem o sódio (Na) em comum, mas características completamente diferentes.[039] For example, Na (OH) - sodium hydroxide is a strong base used in the manufacture of paper, fabrics and detergents. Ingestion can cause serious and permanent damage to the gastrointestinal system. NaCl - sodium chloride or table salt is essential for animal life. Intake of sodium chloride is essential for human vital metabolism. And, both have sodium (Na) in common, but completely different characteristics.

[040] O documento US7682724 B2 cita ainda a criação de monóxido de carbono no processo de produção do hidrogênio, ou seja, o produto misturado obtido da respectiva invenção pode ser usado como fonte de H2 e/ou de monóxido de carbono em outros processos químicos. A criação de monóxido de carbono é prejudicial para o correto funcionamento da célula a combustível e, deste modo, distinta das técnicas propostas pela presente invenção.[040] US7682724 B2 also mentions the creation of carbon monoxide in the hydrogen production process, that is, the mixed product obtained from the respective invention can be used as a source of H2 and / or carbon monoxide in other chemical processes. . The creation of carbon monoxide is detrimental to the correct functioning of the fuel cell and, therefore, different from the techniques proposed by the present invention.

[041] Esta produção de monóxido de carbono ocorre somente quando ocorre cisão (quebra) da ligação carbono-carbono da molécula de etanol, o que determina uma reforma catalítica. Neste caso, o catalisador de níquel presente no documento em questão tem reatividade para quebrar a ligação carbono- carbono, o que proporciona a criação de monóxido de carbono.[041] This production of carbon monoxide occurs only when the carbon-carbon bond of the ethanol molecule is split (broken), which determines a catalytic reform. In this case, the nickel catalyst present in the document in question has reactivity to break the carbon-carbon bond, which provides the creation of carbon monoxide.

[042] O documento US7682724 B2 cita ainda a utilização do metano (CH4) produzido durante a reforma como combustível. A presença do metano confirma que a reação envolvida em tal patente leva à quebra da ligação carbono-carbono do etanol. O metano é formado somente após a quebra de ligação do carbono-carbono do etanol, assim como o CO e CO2.[042] US7682724 B2 also mentions the use of methane (CH4) produced during the reform as a fuel. The presence of methane confirms that the reaction involved in such a patent leads to the breaking of the carbon-carbon bond of ethanol. Methane is formed only after the ethanol carbon-carbon bond breaks, as are CO and CO2.

[043] Ainda, a queima do CH4 apresenta calor específico de combustão muito menor do que o calor específico de combustão do acetato de etila. São combustíveis diferentes, assim como a gasolina e o etanol.[043] Also, the burning of CH4 has a specific heat of combustion much lower than the specific heat of combustion of ethyl acetate. They are different fuels, as well as gasoline and ethanol.

[044] Outro documento do estado da técnica que pode ser citado é o documento Norte-Americano US 6827047 B2, que também descreve um sistema e um processo para reforma de um combustível líquido para a produção de energia por meio de um motor (utilizando o resultado líquido da reação) e de uma célula de hidrogênio (utilizando o resultado gasoso da reação).[044] Another state of the art document that can be cited is the North American document US 6827047 B2, which also describes a system and a process for reforming a liquid fuel for the production of energy by means of an engine (using the result of the reaction) and a hydrogen cell (using the gaseous result of the reaction).

[045] Neste caso, o produto de reforma do combustível neste documento é um composto aromático, que possui uma cadeia carbônica cíclica, que é indesejável no processo. Neste caso, o hidrogênio criado pela reforma ainda vem contaminado com monóxido de carbono.[045] In this case, the fuel reform product in this document is an aromatic compound, which has a cyclic carbon chain, which is undesirable in the process. In this case, the hydrogen created by the reform is still contaminated with carbon monoxide.

[046] Ainda, gasolina, gás natural, etanol, butanol, podem ser combustíveis para motor a combustão interna. Porém, todos eles têm propriedades e fórmulas químicas intrínsecas, próprias de cada um.[046] Also, gasoline, natural gas, ethanol, butanol, can be fuels for internal combustion engines. However, they all have intrinsic properties and chemical formulas, specific to each one.

[047] Outros documentos que podem ser citados, ainda, são os documentos Europeus EP 0734765 B1 e EP 1862217 A1, além do documento Norte-Americano US 6432871 B1. Todos estes documentos descrevem catalisadores distintos, compreendendo níquel, cobre ou um “Raney alloy”, que é uma liga metálica. Todos estes catalisadores ainda compreendem os mesmos problemas do estado da técnica já citados.[047] Other documents that can also be cited are European documents EP 0734765 B1 and EP 1862217 A1, in addition to North American document US 6432871 B1. All of these documents describe different catalysts, comprising nickel, copper or a “Raney alloy”, which is a metallic alloy. All of these catalysts still comprise the same state of the art problems already mentioned.

[048] Diferentemente da reação de reforma a vapor do etanol do estado da técnica, a reação de desidrogenação ocorre sem a quebra da ligação carbono-carbono. O que se forma a partir do etanol é o seu respectivo aldeído, ou seja, o acetaldeído e hidrogênio. A característica principal da reação de desidrogenação do etanol é, portanto, não gerar os compostos C1 (CO2, CO e CH4).[048] Unlike the steam reforming reaction of prior art ethanol, the dehydrogenation reaction occurs without breaking the carbon-carbon bond. What is formed from ethanol is its respective aldehyde, that is, acetaldehyde and hydrogen. The main characteristic of the ethanol dehydrogenation reaction is, therefore, not to generate the compounds C1 (CO2, CO and CH4).

[049] Assim, a presente invenção compreende a geração de hidrogênio livre de CO a partir de reações do etanol, acoplado a uma célula a combustível para produzir energia elétrica. Neste sistema, a célula a combustível gera energia elétrica a partir da reação eletroquímica entre o hidrogênio obtido da reação catalítica do etanol e do oxigênio do ar.[049] Thus, the present invention comprises the generation of CO-free hydrogen from reactions of ethanol, coupled to a fuel cell to produce electrical energy. In this system, the fuel cell generates electrical energy from the electrochemical reaction between the hydrogen obtained from the catalytic reaction of ethanol and oxygen in the air.

[050] A eletricidade pode alimentar um motor, de corrente contínua ou alternada, um inversor, uma bateria, ou qualquer outro sistema elétrico, que assim propulsiona um veículo híbrido ou elétrico. A energia produzida na célula a combustível ainda pode ser aproveitada para abastecer uma bateria ou para outras aplicações que demandem uso da eletricidade.[050] Electricity can power a motor, direct or alternating current, an inverter, a battery, or any other electrical system, which thus drives a hybrid or electric vehicle. The energy produced in the fuel cell can still be used to supply a battery or for other applications that require the use of electricity.

[051] Ainda, a presente invenção prevê uma reação que envolve desidrogenação, mas que não é a reação clássica de etanol com formação de acetaldeído. Existe a ocorrência da chamada desidrogenação acoplativa, na qual o etanol é levado diretamente a acetato de etila e hidrogênio, ou seja, de acordo com a equação abaixo: 2C2H5OH ^ 2H2 + CH3COOCH2CH3[051] Still, the present invention provides for a reaction that involves dehydrogenation, but that is not the classic reaction of ethanol with acetaldehyde formation. There is the occurrence of the so-called coupling dehydrogenation, in which ethanol is taken directly to ethyl acetate and hydrogen, that is, according to the equation below: 2C2H5OH ^ 2H2 + CH3COOCH2CH3

[052] Note que a reação acima é completamente distinta das reações normais de reforma do etanol. A reação da presente invenção utiliza etanol anidro como reagente, portanto sem adição de água, o que é também um diferencial importante em relação à reação de reforma. E, gera um composto do tipo C4 (com quatro carbonos): o acetato de etila.[052] Note that the above reaction is completely different from normal ethanol reform reactions. The reaction of the present invention uses anhydrous ethanol as a reagent, therefore without adding water, which is also an important differential in relation to the reform reaction. And, it generates a compound of type C4 (with four carbons): ethyl acetate.

[053] Outra diferença observada é no calor de reação envolvido na reação de reforma a vapor do etanol comparado à reação do etanol a acetato de etila. A reação de desidrogenação acoplativa do etanol a acetato de etila é quase sete vezes menos endotérmica do que a reação de reforma a vapor do etanol.[053] Another difference observed is in the reaction heat involved in the steam reforming reaction of ethanol compared to the reaction of ethanol to ethyl acetate. The ethanol coupling dehydrogenation reaction to ethyl acetate is almost seven times less endothermic than the ethanol steam reforming reaction.

[054] Especificamente, no processo descrito por esta invenção, é previsto o acoplamento do acetaldeído com o etanol, de forma a levar um único reagente (o etanol) a outro produto de interesse na indústria química: o acetato de etila, além do hidrogênio. O acetato de etila é um éster que é preferível devido a sua menor toxicidade e volatilidade, apresentando calor específico de combustão maior do que o etanol puro, sendo assim um combustível melhor que o etanol. Deste modo, o efluente líquido da reação de desidrogenação pode ser aproveitado como combustível ou como aditivo para etanol ou gasolina, e alimentar um motor à combustão interna.[054] Specifically, in the process described by this invention, the coupling of acetaldehyde with ethanol is foreseen, in order to take a single reagent (ethanol) to another product of interest in the chemical industry: ethyl acetate, in addition to hydrogen . Ethyl acetate is an ester that is preferable due to its lower toxicity and volatility, presenting specific heat of combustion greater than pure ethanol, thus being a better fuel than ethanol. In this way, the liquid effluent from the dehydrogenation reaction can be used as a fuel or as an additive for ethanol or gasoline, and feed an internal combustion engine.

[055] Outros tipos de células a combustível, incluindo células de membrana de ácido fosfórico, células a combustível de eletrólito alcalino, e células a combustível de óxido sólido, podem ser adaptadas ao sistema aqui descrito. Dessa forma, embora o foco da presente invenção descreva a utilização de um sistema de geração instantânea de hidrogênio a partir do etanol acoplado à célula a combustível em veículos automotores híbridos ou elétricos, sua descrição não se limita ao uso de células do tipo PEM.[055] Other types of fuel cells, including phosphoric acid membrane cells, alkaline electrolyte fuel cells, and solid oxide fuel cells, can be adapted to the system described here. Thus, although the focus of the present invention describes the use of an instantaneous hydrogen generation system from ethanol coupled to the fuel cell in hybrid or electric motor vehicles, its description is not limited to the use of PEM type cells.

[056] A presente invenção é promissora, inovadora e de baixo custo, uma vez que utiliza catalisadores sólidos à base de cobre suportado, aplicado às reações do etanol e não necessita de estágios para a remoção do CO, dispensando também a necessidade de filtros seletivos de hidrogênio compostos de membranas de páladio, elemento raro.[056] The present invention is promising, innovative and low cost, since it uses solid catalysts based on supported copper, applied to the reactions of ethanol and does not require stages for the removal of CO, also dispensing with the need for selective filters of hydrogen composed of palladium membranes, a rare element.

[057] Outro aspecto da presente invenção que a diferencia dos documentos do estado da técnica é o fato de produzir e aproveitar o efluente de reação líquido do etanol como combustível líquido ou aditivo para o etanol ou gasolina.[057] Another aspect of the present invention that sets it apart from prior art documents is the fact that it produces and uses the liquid reaction effluent from ethanol as a liquid fuel or additive to ethanol or gasoline.

[058] A mistura líquida obtida do etanol desidrogenado possui calor específico de combustão superior ao do etanol hidrogenado, e pode alimentar um motor a combustão interna num veículo híbrido ou mesmo alimentar um gerador de energia elétrica a combustão que abastece a bateria de um automóvel elétrico.[058] The liquid mixture obtained from dehydrogenated ethanol has a specific heat of combustion superior to that of hydrogenated ethanol, and can feed an internal combustion engine in a hybrid vehicle or even feed a combustion electric energy generator that supplies the battery of an electric car. .

[059] Em dito processo, a energia térmica para a unidade catalítica através do qual ocorrem as reações do etanol pode ainda ser provida pelo calor dispensado pelos gases de combustão do escapamento do automóvel, que opera de forma híbrida com um motor a combustão interna e com um motor elétrico.[059] In this process, the thermal energy for the catalytic unit through which the ethanol reactions take place can also be provided by the heat provided by the combustion gases of the car exhaust, which operates in a hybrid way with an internal combustion engine and with an electric motor.

[060] Uma vantagem adicional da presente invenção aos automóveis com sistema de propulsão híbrida é a possibilidade de reduzir o tamanho e consequentemente o peso das baterias que alimentam o motor elétrico dos mesmos, o que é fundamental para o desenvolvimento deste tipo de veículo.[060] An additional advantage of the present invention to automobiles with a hybrid propulsion system is the possibility of reducing the size and, consequently, the weight of the batteries that power the electric motor, which is fundamental for the development of this type of vehicle.

[061] Assim, a presente invenção soluciona os problemas do estado da técnica ao combinar a produção de hidrogênio a partir de uma matéria-prima renovável líquida (etanol), empregando um catalisador à base de cobre, um material mais abundante que os metais raros comumente utilizados e de baixo custo, desempenhando um papel importante para o progresso de células a combustível híbridas de hidrogênio e etanol, principalmente aplicadas a meios veiculares de transporte.[061] Thus, the present invention solves the problems of the state of the art by combining the production of hydrogen from a renewable liquid raw material (ethanol), using a copper-based catalyst, a material more abundant than rare metals commonly used and of low cost, playing an important role for the progress of hybrid fuel cells of hydrogen and ethanol, mainly applied to vehicular means of transport.

Breve Descrição Da InvençãoBrief Description of the Invention

[062] A presente invenção refere-se a um processo de produção de hidrogênio que compreende as etapas de: (a) Prover um reator catalítico; (b) Alimentar o reator catalítico com uma corrente de combustível vaporizada; (c) Dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico (5); (d) Efetuar no reator catalítico reações de desidrogenação do combustível líquido; (e) Resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso da corrente de combustível líquida.[062] The present invention relates to a hydrogen production process that comprises the steps of: (a) Providing a catalytic reactor; (b) Feed the catalytic reactor with a vaporized fuel stream; (c) Direct the vaporized reagents to the catalytic reactor (5); (d) Carry out dehydrogenation reactions of the liquid fuel in the catalytic reactor; (e) Cool the outlet stream to separate the gaseous stream from the liquid fuel stream.

[063] Preferencialmente, o reator catalítico (5) é tubular de leito fixo, de cobre suportado sobre zircônia, de fase cristalina monoclínica.[063] Preferably, the catalytic reactor (5) is tubular with fixed bed, of copper supported on zirconia, of monoclinic crystalline phase.

[064] Ainda, o processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção preferencialmente utiliza o etanol como combustível líquido, e dito combustível líquido é vaporizado por meio de uma bomba, uma válvula e um vaporizador. As reações de desidrogenação são preferencialmente efetuadas a temperaturas entre 200°C e 380°C, formando misturas de hidrogênio, acetato de etila, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol. A reação é preferencialmente realizada com fatores tempo de residência W/F entre 2 e 200 min, em que W é a massa de catalisador em kg e F é o fluxo de etanol alimentado em kg/min, sendo o produto obtido da reação acetato de etila com seletividade entre 20 e 90%.[064] Furthermore, the hydrogen production process according to the present invention preferably uses ethanol as a liquid fuel, and said liquid fuel is vaporized by means of a pump, a valve and a vaporizer. The dehydrogenation reactions are preferably carried out at temperatures between 200 ° C and 380 ° C, forming mixtures of hydrogen, ethyl acetate, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol. The reaction is preferably carried out with residence time factors W / F between 2 and 200 min, where W is the mass of catalyst in kg and F is the flow of ethanol fed in kg / min, the product being obtained from the reaction acetate of ethyl with selectivity between 20 and 90%.

[065] Preferencialmente, a etapa de resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso da corrente de combustível líquida é realizada em um trocador de calor, e o processo pode compreender ainda uma etapa adicional de submeter o fluxo gasoso a um leito de carvão ativo para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio, após tal etapa de resfriar a corrente de saída. Ainda, o processo pode compreender uma etapa adicional de aquecer o leito de carvão ativo periodicamente de modo a reciclar o acetaldeído dessorvido ao reator catalítico.[065] Preferably, the step of cooling the outlet stream in order to separate the gas stream from the liquid fuel stream is carried out in a heat exchanger, and the process may further comprise an additional step of subjecting the gas stream to a bed of active carbon to promote the adsorption of remaining acetaldehyde and separate it from hydrogen gas, after such a step of cooling the outlet stream. In addition, the process may comprise an additional step of heating the active carbon bed periodically in order to recycle the desorbed acetaldehyde to the catalytic reactor.

[066] A presente invenção descreve ainda um processo de produção de energia em um veículo híbrido que compreende as etapas de: (a) Prover um reator catalítico; (b) Alimentar o reator catalítico com uma corrente de combustível vaporizada; (c) Dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico; (d) Efetuar no reator catalítico reações de desidrogenação do combustível líquido; (e) Resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso da corrente de combustível líquida; (f) Direcionar a corrente líquida de modo a alimentar um motor a combustão interna para gerar energia ou retornar ao reator catalítico; (g) Captar um fluxo de ar; e (h) Direcionar o fluxo gasoso ao ânodo da célula a combustível e o fluxo de ar ao cátodo da célula a combustível para gerar energia elétrica.[066] The present invention also describes a process of energy production in a hybrid vehicle that comprises the steps of: (a) Providing a catalytic reactor; (b) Feed the catalytic reactor with a vaporized fuel stream; (c) Direct the vaporized reagents to the catalytic reactor; (d) Carry out dehydrogenation reactions of the liquid fuel in the catalytic reactor; (e) Cool the outlet stream in order to separate the gaseous stream from the liquid fuel stream; (f) Directing the liquid stream in order to supply an internal combustion engine to generate energy or return to the catalytic reactor; (g) Capture an air flow; and (h) Direct the gas flow to the fuel cell anode and the air flow to the fuel cell cathode to generate electrical energy.

[067] Preferencialmente, o reator catalítico é tubular de leito fixo, de cobre suportado sobre zircônia, de fase cristalina monoclínica.[067] Preferably, the catalytic reactor is tubular with fixed bed, of copper supported on zirconia, of monoclinic crystalline phase.

[068] Ainda, o processo de produção de hidrogênio de acordo com a presente invenção preferencialmente utiliza o etanol como combustível líquido, e dito combustível líquido é vaporizado por meio de uma bomba, uma válvula e um vaporizador. As reações de desidrogenação são preferencialmente efetuadas a temperaturas entre 200°C e 380°C, formando misturas de hidrogênio, acetato de etila, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol. A reação é preferencialmente realizada com fatores tempo de residência W/F entre 2 e 200 min, em que W é a massa de catalisador em kg e F é o fluxo de etanol alimentado em kg/min, sendo o produto obtido da reação acetato de etila com seletividade entre 20 e 90%.[068] Also, the hydrogen production process according to the present invention preferably uses ethanol as a liquid fuel, and said liquid fuel is vaporized by means of a pump, a valve and a vaporizer. The dehydrogenation reactions are preferably carried out at temperatures between 200 ° C and 380 ° C, forming mixtures of hydrogen, ethyl acetate, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol. The reaction is preferably carried out with residence time factors W / F between 2 and 200 min, where W is the mass of catalyst in kg and F is the flow of ethanol fed in kg / min, the product being obtained from the reaction acetate of ethyl with selectivity between 20 and 90%.

[069] Preferencialmente, a etapa de resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso da corrente de combustível líquida é realizada em um trocador de calor, e o processo pode compreender ainda uma etapa adicional de submeter o fluxo gasoso a um leito de carvão ativo para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio, após tal etapa de resfriar a corrente de saída. Ainda, o processo pode compreender uma etapa adicional de aquecer o leito de carvão ativo periodicamente de modo a reciclar o acetaldeído dessorvido ao reator catalítico.[069] Preferably, the step of cooling the outlet stream in order to separate the gaseous stream from the liquid fuel stream is carried out in a heat exchanger, and the process may further comprise an additional step of subjecting the gaseous stream to a bed of active carbon to promote the adsorption of remaining acetaldehyde and separate it from hydrogen gas, after such a step of cooling the outlet stream. In addition, the process may comprise an additional step of heating the active carbon bed periodically in order to recycle the desorbed acetaldehyde to the catalytic reactor.

[070] O processo pode compreender também uma etapa em que a corrente líquida de combustível proveniente da reação é direcionada a um tanque de armazenamento, antes de ser direcionado ao motor de combustão interna.[070] The process may also comprise a stage in which the liquid fuel stream from the reaction is directed to a storage tank, before being directed to the internal combustion engine.

[071] Ainda, preferencialmente o processo de produção de energia compreende uma etapa de umidificar o fluxo gasoso em um saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C, bem como uma etapa de filtrar o fluxo de ar (11) e outra etapa de umidificar o fluxo de ar (11) em um saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C, antes da etapa de direcionar o fluxo gasoso ao ânodo da célula a combustível e o fluxo de ar ao cátodo da célula a combustível para gerar energia elétrica.[071] Still, preferably the energy production process comprises a step of humidifying the gas flow in a saturator filled with water at temperatures between 20 and 90 ° C, as well as a step of filtering the air flow (11) and another step of humidifying the air flow (11) in a saturator filled with water at temperatures between 20 and 90 ° C, before the step of directing the gas flow to the fuel cell anode and the air flow to the fuel cell cathode to generate electricity.

[072] Por fim, são previstos sistemas de produção de hidrogênio em um veículo híbrido e um veículo híbrido que compreendem os processos de produção de hidrogênio ou energia conforme definido anteriormente.[072] Finally, hydrogen production systems are envisaged in a hybrid vehicle and a hybrid vehicle that comprise hydrogen or energy production processes as defined above.

Breve Descrição Dos DesenhosBrief Description Of Drawings

[073] A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção.[073] Figure 1 is a schematic representation of a system according to a preferred configuration of the present invention.

[074] A figura 2 é uma tabela que indica os resultados obtidos pela presente invenção, mostrando a conversão do etanol, seletividade a produto e efeito da composição da mistura líquida no calor específico de combustão.[074] Figure 2 is a table indicating the results obtained by the present invention, showing the conversion of ethanol, product selectivity and the effect of the composition of the liquid mixture on the specific heat of combustion.

[075] A figura 3 é uma representação esquemática de uma vista explodida de uma célula a combustível unitária de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção.[075] Figure 3 is a schematic representation of an exploded view of a unit fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.

[076] A figura 4 é um gráfico que ilustra as curvas de polarização da célula a combustível obtidas por meio de um potenciostato/galvanostato, de acordo com as técnicas anteriores e a presente invenção.[076] Figure 4 is a graph that illustrates the fuel cell polarization curves obtained by means of a potentiostat / galvanostat, according to the prior art and the present invention.

Descrição Detalhada Da InvençãoDetailed Description of the Invention

[077] A presente invenção descreve um sistema integrado para a desidrogenação do etanol, que utiliza o processamento de etanol em presença do catalisador, configurado em uma unidade compacta que compreende um reator de etanol e um condensador ou coletor, para separar o efluente gasoso da corrente líquida de reação.[077] The present invention describes an integrated system for the dehydrogenation of ethanol, which uses ethanol processing in the presence of the catalyst, configured in a compact unit comprising an ethanol reactor and a condenser or collector, to separate the gaseous effluent from net reaction current.

[078] O fluxo gasoso rico em hidrogênio e livre de monóxido de carbono alimenta uma célula a combustível que, por sua vez, gera energia elétrica capaz de alimentar um motor elétrico.[078] The hydrogen-rich gas stream and free of carbon monoxide feeds a fuel cell that, in turn, generates electrical energy capable of feeding an electric motor.

[079] Como pode ser visto na figura 1, o efluente líquido de reação do etanol o qual contém acetato de etila e uma fração de etanol não convertido, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol pode ser aproveitado para alimentar um motor a combustão interna operando num sistema híbrido de propulsão de automóveis.[079] As can be seen in figure 1, the ethanol reaction liquid effluent which contains ethyl acetate and a fraction of unconverted ethanol, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol can be used to power an engine internal combustion operating in a hybrid car propulsion system.

[080] Neste sentido, o sistema de acordo com a presente invenção compreende um reservatório de combustível (1), preferencialmente etanol, uma bomba (2), controlada por uma válvula (3), um vaporizador (4) e um reator catalítico (5).[080] In this sense, the system according to the present invention comprises a fuel tank (1), preferably ethanol, a pump (2), controlled by a valve (3), a vaporizer (4) and a catalytic reactor ( 5).

[081] Adicionalmente, o sistema compreende um trocador de calor (6), um tanque de armazenamento (7) e um motor a combustão interna (8). Ainda, é previsto no presente sistema uma célula a combustível (10), preferencialmente alimentada por um fluxo gasoso (9), rico em hidrogênio. A célula a combustível (10) gera energia elétrica para alimentar um motor elétrico (13), utilizando o fluxo gasoso (9) e um fluxo de ar (11), resultando ainda em um fluxo de água (12) como um subproduto da reação.[081] Additionally, the system comprises a heat exchanger (6), a storage tank (7) and an internal combustion engine (8). In addition, a fuel cell (10) is provided in the present system, preferably powered by a gas flow (9), rich in hydrogen. The fuel cell (10) generates electrical energy to power an electric motor (13), using the gas flow (9) and an air flow (11), resulting in a water flow (12) as a by-product of the reaction .

[082] Preferencialmente, a obtenção de hidrogênio a partir da desidrogenação do etanol é efetuada em um reator catalítico (5) que é um catalisador sólido, que contém cobre em interface com zircônia monoclínica como fase ativa. O catalisador compreende, geralmente, pelo menos cerca de 10% em massa de cobre, de preferência cerca de 10% a 90% em massa de cobre.[082] Preferably, obtaining hydrogen from ethanol dehydrogenation is carried out in a catalytic reactor (5) which is a solid catalyst, which contains copper in interface with monoclinic zirconia as the active phase. The catalyst generally comprises at least about 10% by weight of copper, preferably about 10% to 90% by weight of copper.

[083] A zircônia como suporte pode ser totalmente ou parcialmente coberta pela fase ativa, contendo cobre. Comumente na catálise, a atividade do catalisador é melhorada através do aumento de sua área superficial específica. Assim, é geralmente preferida para o catalisador preparado, uma área superficial específica de pelo menos cerca de 70 m2/g, tal como medido pelo método de Brunauer- Emmett-Teller (BET). Mais preferivelmente, o catalisador tem uma área superficial especifica BET de cerca de 50 m2/g a cerca de 400 m2/g.[083] The zirconia as a support can be totally or partially covered by the active phase, containing copper. Commonly in catalysis, the activity of the catalyst is improved by increasing its specific surface area. Thus, a specific surface area of at least about 70 m2 / g is generally preferred for the prepared catalyst, as measured by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. More preferably, the catalyst has a BET specific surface area of about 50 m2 / g to about 400 m2 / g.

[084] A fase ativa formada por cobre em interface com zircônia pode ser depositada na superfície do suporte utilizando várias técnicas bem conhecidas de deposição metálica. Estas técnicas incluem, por exemplo, deposição eletroquímica, deposição física e deposição química. O método químico particularmente preferido para a deposição de cobre sobre o suporte zircônia é o de impregnação úmida com sais de acetato de cobre ou nitrato de cobre, porém é preferível o uso de nitrato.[084] The active phase formed by copper in interface with zirconia can be deposited on the surface of the support using several well-known metallic deposition techniques. These techniques include, for example, electrochemical deposition, physical deposition and chemical deposition. The particularly preferred chemical method for depositing copper on the zirconia support is wet impregnation with copper acetate or copper nitrate salts, however the use of nitrate is preferable.

[085] Obviamente, embora o catalisador de cobre suportado em zircônia seja preferido e descrito, outros catalisadores podem ser citados como, por exemplo, Pt, Pd, Ni, Mo, W, Co, Rh, Ru, Ag, Zn, Cu e Cr e bimetálicos do tipo NiCu, NiCo, CuZn e CuCr, que também são úteis, e podem ser empregados em forma de metal reduzido ou sob a forma óxida.[085] Obviously, although the copper catalyst supported on zirconia is preferred and described, other catalysts can be cited as, for example, Pt, Pd, Ni, Mo, W, Co, Rh, Ru, Ag, Zn, Cu and Cr and bimetallic NiCu, NiCo, CuZn and CuCr types, which are also useful, and can be used in reduced metal form or in oxide form.

[086] Os suportes úteis para o processo descrito incluem zircônia, sílica, alumina, zeólitas, argilas, titania, magnésia, óxido de cromo, óxido de cério e carvões ativos. Tais metais podem ser adicionados ao suporte por impregnação, moagem, mistura, coprecipitação ou uma mistura dessas técnicas.[086] The supports useful for the described process include zirconia, silica, alumina, zeolites, clays, titania, magnesia, chromium oxide, cerium oxide and active coals. Such metals can be added to the support by impregnation, grinding, mixing, coprecipitation or a mixture of these techniques.

[087] A proporção de carga de metal sobre o suporte é adequadamente entre 0,01 até 20% em massa, normalmente 0,1 a 10% em massa. Os rendimentos ao acetato de etila podem atingir cerca de 50%, em alguns casos, em outros casos, 20 ou 30% em relação à carga original de álcool.[087] The proportion of metal charge on the support is suitably between 0.01 to 20% by mass, normally 0.1 to 10% by mass. Yields of ethyl acetate can reach around 50%, in some cases, in other cases, 20 or 30% in relation to the original alcohol load.

[088] A presente invenção descreve ainda um processo de geração de hidrogênio livre de monóxido de carbono a partir de reações do etanol, em presença do catalisador descrito anteriormente. O processo para geração de hidrogênio a partir da reação do etanol conforme a invenção não é particularmente restrito, desde que se permita o contato do etanol com o catalisador em condições de temperatura entre 200°C a 380°C para efetuar a reação em fase vapor. Diferentes tipos de reatores podem ser utilizados, porém, o reator de leito fixo é preferível.[088] The present invention further describes a process for generating hydrogen free from carbon monoxide from ethanol reactions, in the presence of the catalyst described above. The process for generating hydrogen from the reaction of ethanol according to the invention is not particularly restricted, as long as the contact of ethanol with the catalyst is allowed under temperature conditions between 200 ° C to 380 ° C to carry out the reaction in vapor phase . Different types of reactors can be used, however, the fixed bed reactor is preferable.

[089] Ainda, a presente invenção trata do uso do fluxo gasoso rico em hidrogênio e livre de monóxido de carbono tal como obtido pelas técnicas descritas anteriormente, aplicado numa célula a combustível que por sua vez gera energia elétrica.[089] In addition, the present invention deals with the use of gas flow rich in hydrogen and free of carbon monoxide as obtained by the techniques described above, applied to a fuel cell that in turn generates electric energy.

[090] Deste modo, é também demonstrado o desempenho de uma célula a combustível unitária do tipo PEM alimentada com hidrogênio de reação do etanol em comparação com uma célula a combustível direta de etanol DEFC. Outros tipos de células a combustível, incluindo células de membrana de ácido fosfórico, células a combustível de eletrólito alcalino, e células a combustível de óxido sólido, podem ser adaptadas ao sistema aqui descrito, não se limitando às células a combustível do tipo PEM.[090] In this way, the performance of a PEM unit fuel cell powered with ethanol reaction hydrogen compared to a direct DEFC ethanol fuel cell is also demonstrated. Other types of fuel cells, including phosphoric acid membrane cells, alkaline electrolyte fuel cells, and solid oxide fuel cells, can be adapted to the system described here, not limited to PEM type fuel cells.

[091] O etanol empregado como reagente é preferencialmente o etanol anidro. Contudo, alternativamente, pode-se empregar a forma hidratada do etanol, ou outros combustíveis similares que sejam adequados e produzam as substâncias necessárias, sem a produção de monóxido de carbono.[091] The ethanol used as a reagent is preferably anhydrous ethanol. However, alternatively, one can use the hydrated form of ethanol, or other similar fuels that are suitable and produce the necessary substances, without the production of carbon monoxide.

[092] A pressão de reação não é particularmente restrita, mas é preferível na faixa de 1 a 2 atmosferas (pressão manométrica).[092] The reaction pressure is not particularly restricted, but it is preferable in the range of 1 to 2 atmospheres (gauge pressure).

[093] Como previamente descrito, a figura 1 mostra o processo esquemático para obtenção instantânea de hidrogênio a partir de reações do etanol, em presença do catalisador, acoplado a uma célula a combustível (10) contemplando a conversão paralela do etanol em energia elétrica e aditivo para combustíveis.[093] As previously described, figure 1 shows the schematic process for obtaining hydrogen instantaneously from ethanol reactions, in the presence of the catalyst, coupled to a fuel cell (10) contemplating the parallel conversion of ethanol into electrical energy and fuel additive.

[094] O etanol armazenado no reservatório de combustível (1) é bombeado pela bomba (2), e seu fluxo volumétrico é controlado pela válvula (3) para alimentar o vaporizador (4). Deste modo, o etanol em fase gás entra em contato com o reator catalítico (5), através do qual hidrogênio é obtido por reações do etanol, preferencialmente por desidrogenação e de desidrogenação acoplativa co-produzindo acetaldeído e acetato de etila, respectivamente.[094] Ethanol stored in the fuel tank (1) is pumped by the pump (2), and its volumetric flow is controlled by the valve (3) to feed the vaporizer (4). In this way, ethanol in the gas phase comes into contact with the catalytic reactor (5), through which hydrogen is obtained by reactions of ethanol, preferably by dehydrogenation and coupling dehydrogenation co-producing acetaldehyde and ethyl acetate, respectively.

[095] A corrente de saída contendo o efluente reacional é resfriada por um trocador de calor (6), e o produto líquido é separado dos produtos gasosos. O líquido condensado contém principalmente acetato de etila, e uma fração de etanol não convertido, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol. A mistura de solventes líquidos é então, preferencialmente, armazenada no tanque de armazenamento (7), e pode ser utilizada para alimentar um motor a combustão interna (8).[095] The outlet stream containing the reaction effluent is cooled by a heat exchanger (6), and the liquid product is separated from the gaseous products. The condensed liquid contains mainly ethyl acetate, and a fraction of unconverted ethanol, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol. The mixture of liquid solvents is then preferably stored in the storage tank (7), and can be used to power an internal combustion engine (8).

[096] Ainda, o calor gerado pela combustão da mistura desses solventes líquidos, por meio dos gases de combustão no escapamento de um automóvel, pode ser utilizado para fornecer energia térmica ao reator catalítico (5).[096] Also, the heat generated by the combustion of the mixture of these liquid solvents, by means of the combustion gases in the exhaust of an automobile, can be used to supply thermal energy to the catalytic reactor (5).

[097] Por fim, o fluxo gasoso (9) é rico em hidrogênio e não possui monóxido de carbono. Deste modo, este fluxo pode ser utilizado para alimentar diretamente o ânodo da célula a combustível (10), enquanto ar atmosférico ou uma corrente de oxigênio puro proveniente de um fluxo de ar (11) alimenta o cátodo da célula a combustível (10).[097] Finally, the gas stream (9) is rich in hydrogen and has no carbon monoxide. In this way, this flow can be used to directly feed the anode of the fuel cell (10), while atmospheric air or a stream of pure oxygen from an air flow (11) feeds the cathode of the fuel cell (10).

[098] As reações na célula de combustível (10) geram energia elétrica, que pode ser utilizada para alimentar um motor elétrico (13) ou um sistema de baterias, por exemplo, e gera ainda também um fluxo de água (12) como um subproduto da reação.[098] The reactions in the fuel cell (10) generate electrical energy, which can be used to power an electric motor (13) or a battery system, for example, and also generate a flow of water (12) as a by-product of the reaction.

[099] Preferencialmente, o reator de leito fixo opera de preferência com o fator de tempo de residência (W/F) na faixa de 2 a 200 kgCAT min kg-1EtOH.[099] Preferably, the fixed bed reactor operates preferably with the residence time factor (W / F) in the range of 2 to 200 kgCAT min kg-1EtOH.

[100] O presente processo produz hidrogênio e outros produtos de reação do etanol, porém o hidrogênio produzido não contém contaminante como CO, sendo puro para a alimentação da célula de hidrogênio.[100] The present process produces hydrogen and other reaction products from ethanol, but the hydrogen produced does not contain a contaminant such as CO, being pure for feeding the hydrogen cell.

[101] Ainda, um leito de carvão ativo pode ser utilizado para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio, de modo a aumentar a pressão parcial de hidrogênio na corrente de alimentação da célula a combustível (10). Porém, outros sistemas para promover a recuperação do acetaldeído também podem ser utilizados.[101] Also, an active carbon bed can be used to promote the adsorption of the remaining acetaldehyde and separate it from the hydrogen gas, in order to increase the partial pressure of hydrogen in the fuel cell supply chain (10). However, other systems to promote the recovery of acetaldehyde can also be used.

[102] Deste modo, mais especificamente, a presente invenção descreve um processo de desidrogenação do etanol para gerar um fluxo efluente gasoso de reação rico em hidrogênio livre de monóxido de carbono, que pode ser direcionado para a alimentação de uma célula de combustível (10) para a produção de eletricidade que pode ser utilizada para alimentar uma bateria e/ou motor elétrico (13) para propulsionar veículos automotores (14) ou dispositivos móveis eletrônicos.[102] Thus, more specifically, the present invention describes a process of ethanol dehydrogenation to generate a reaction gas flow effluent rich in hydrogen free of carbon monoxide, which can be directed to the supply of a fuel cell (10 ) for the production of electricity that can be used to power a battery and / or electric motor (13) to power motor vehicles (14) or electronic mobile devices.

[103] O efluente líquido de reação apresenta calor específico de combustão maior do que o etanol puro, podendo ser aproveitado para alimentar um motor a combustão interna (8). Ainda, o rejeito térmico do motor a combustão (8) pode ser utilizado para controlar a temperatura do reator catalítico (5).[103] The liquid reaction effluent has a specific heat of combustion greater than pure ethanol, and can be used to power an internal combustion engine (8). In addition, the thermal rejection of the combustion engine (8) can be used to control the temperature of the catalytic reactor (5).

[104] Alguns exemplos, meramente ilustrativos, do sistema e processo aqui descrito serão citados.[104] Some examples, purely illustrative, of the system and process described here will be cited.

[105] Em um primeiro exemplo, como pode ser visto na figura 5, um catalisador à base de cobre suportado em zircônia pode ser preparado a partir de um suporte ZrO2, com área superficial especifica BET de 150 m2/g, preparada por síntese hidrotermal (51’), a partir de sais de nitrato de zircônio (51), ou método sol gel (52’), a partir de precursor alcóxido de zircônio (52). O sólido em solução líquida (53) obtido pode passar por um processo de envelhecimento (54) em solução ácida.[105] In a first example, as can be seen in Figure 5, a copper-based catalyst supported on zirconia can be prepared from a ZrO2 support, with a specific BET surface area of 150 m2 / g, prepared by hydrothermal synthesis (51 '), from zirconium nitrate salts (51), or sol gel method (52'), from zirconium alkoxide precursor (52). The solid in liquid solution (53) obtained can undergo an aging process (54) in acidic solution.

[106] Após lavagem e neutralização (55) do pH da solução, o sólido passa por um processo de secagem (56), preferencialmente em estufa, e depois por um processo de calcinação (57) com um fluxo de ar externo (56’), preferencialmente a uma temperatura entre 350 e 650°C, preferencialmente a 450°C, por um período de 2 a 4 horas, preferencialmente 3h, para obtenção de fase cristalina monoclínica.[106] After washing and neutralizing (55) the solution's pH, the solid goes through a drying process (56), preferably in an oven, and then through a calcination process (57) with an external air flow (56 ' ), preferably at a temperature between 350 and 650 ° C, preferably at 450 ° C, for a period of 2 to 4 hours, preferably 3 hours, to obtain a monoclinic crystalline phase.

[107] O suporte ZrO2 preparado passa então por uma etapa de impregnação (58) com uma solução (58’), que pode ser de um cloreto ou nitrato de cobre hidratado em solução de metanol, por exemplo. O sólido impregnado passa então por uma nova etapa de secagem (56) em estufa para depois ser calcinado novamente por um fluxo de ar externo (56’) sob uma temperatura de 300 a 500°C, preferencialmente 400°C, por um período de 2 a 4 horas, preferencialmente 3h. Assim pode ser produzido um catalisador de acordo com a presente invenção.[107] The prepared ZrO2 support then goes through an impregnation step (58) with a solution (58 ’), which can be a copper chloride or nitrate hydrated in methanol solution, for example. The impregnated solid then goes through a new drying step (56) in an oven and then is calcined again by an external air flow (56 ') under a temperature of 300 to 500 ° C, preferably 400 ° C, for a period of 2 to 4 hours, preferably 3 hours. Thus, a catalyst can be produced according to the present invention.

[108] Este catalisador de cobre suportado em zircônia, preferencialmente com massa entre 0,4 e 4g, é introduzido num reator tubular de vidro, sendo, então, submetido à ativação, que consiste num tratamento térmico com fluxo de hidrogênio puro a 300°C aquecido a taxa de 10°C/min.[108] This copper catalyst supported on zirconia, preferably with a mass between 0.4 and 4g, is introduced in a glass tubular reactor, and is then subjected to activation, which consists of a heat treatment with a flow of pure hydrogen at 300 ° C heated at a rate of 10 ° C / min.

[109] Após a ativação, etanol líquido, com vazão de 4 a 20 ml/h, é introduzido no vaporizador a 200°C e então etanol em fase vapor entra em contato com o leito de catalisador. A reação catalítica é realizada isotermicamente na temperatura de 250°C sob pressão autógena, com tempo de residência (W/F) de 2 a 200 kgCAT min kg-1EtOH. A composição de saída do efluente de reação apresenta seletividade ao acetato de etila variando de 42 a 63%.[109] After activation, liquid ethanol, with a flow rate of 4 to 20 ml / h, is introduced into the vaporizer at 200 ° C and then ethanol in the vapor phase comes into contact with the catalyst bed. The catalytic reaction is carried out isothermally at a temperature of 250 ° C under autogenous pressure, with a residence time (W / F) of 2 to 200 kgCAT min kg-1EtOH. The outgoing composition of the reaction effluent has selectivity for ethyl acetate ranging from 42 to 63%.

[110] Os resultados obtidos nestas condições são apresentados na figura 2 e, mostram que a variação no calor específico de combustão do efluente líquido de reação do etanol depende da composição do mesmo. Na figura 2, X é a porcentagem de conversão do etanol, sendo a seletividade em porcentagem dividida entre acetaldeído (AcH), acetato de etila (AcOEt), metil etil cetona (MEC) e/ou butanol (BUT), crotonaldeído (CROT), Acetona (PROP). O sobrescrito “o” significa que a propriedade medida tem como base a temperatura de 298,15 K (ou seja Temperatura ambiente); o sobrescrito “a” significa 100% de acetato de etila; o sobrescrito "b" significa 100% de etanol; e ΔHcombo (kJ mol- 1) significa a entalpia ou calor específico de combustão experimental obtida para as respectivas composições de solventes. Dessa forma, esta tabela demonstra a conversão do etanol, seletividade dos produtos da reação, e efeito da composição da mistura líquida no calor específico de combustão.[110] The results obtained under these conditions are shown in figure 2 and, show that the variation in the specific heat of combustion of the ethanol reaction liquid effluent depends on its composition. In figure 2, X is the percentage of conversion of ethanol, with the selectivity in percentage divided between acetaldehyde (AcH), ethyl acetate (AcOEt), methyl ethyl ketone (MEC) and / or butanol (BUT), crotonaldehyde (CROT) , Acetone (PROP). The superscript “o” means that the measured property is based on a temperature of 298.15 K (ie Room temperature); the superscript “a” means 100% ethyl acetate; the superscript "b" means 100% ethanol; and ΔHcombo (kJ mol-1) means the specific enthalpy or heat of experimental combustion obtained for the respective solvent compositions. Thus, this table demonstrates the conversion of ethanol, selectivity of the reaction products, and the effect of the composition of the liquid mixture on the specific heat of combustion.

[111] As reações do etanol para a obtenção dos produtos descritos na figura 2 podem ser representadas esquematicamente nas equações abaixo, onde o etanol é convertido em acetaldeído e, em seguida, em acetato de etila, crotonaldeído, butanol e/ou MEC e acetona, respectivamente. O etanol não convertido, assim como todo o efluente líquido recuperado incluindo o acetato de etila, pode ser reciclado para o reator.

Figure img0001
[111] The reactions of ethanol to obtain the products described in figure 2 can be represented schematically in the equations below, where ethanol is converted into acetaldehyde and then into ethyl acetate, crotonaldehyde, butanol and / or MEC and acetone , respectively. Unconverted ethanol, as well as all recovered liquid effluent including ethyl acetate, can be recycled to the reactor.
Figure img0001

[112] Por fim, o fluxo gasoso rico em hidrogênio e livre de monóxido de carbono tal como obtido anteriormente, devido à reação catalítica do etanol, é umidificado num saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90oC e introduzido no ânodo da célula a combustível (10). Enquanto oxigênio puro ou ar atmosférico, também submetido à umidificação na mesma variação de temperatura de 20 e 90oC, é introduzido no cátodo da célula a combustível (10).[112] Finally, the gas stream rich in hydrogen and free of carbon monoxide as previously obtained, due to the catalytic reaction of ethanol, is humidified in a saturator filled with water at temperatures between 20 and 90oC and introduced into the anode of the cell at fuel (10). While pure oxygen or atmospheric air, also subjected to humidification in the same temperature range of 20 and 90oC, is introduced into the cathode of the fuel cell (10).

[113] A célula a combustível (10) do tipo PEM utilizada para fins de teste possui eletrodos (ânodo e cátodo) de Pt/C comercial (E-TEK Inc) com 20% em massa de Pt, com carga total de Pt nas camadas catalisadoras de 0,4 mg/cm2. O conjunto membrana/eletrodo é formado com membrana trocadora de próton, tipicamente uma membrana de Nafion® (H+, DuPont).[113] The PEM type fuel cell (10) used for testing purposes has electrodes (anode and cathode) of commercial Pt / C (E-TEK Inc) with 20% by mass of Pt, with full Pt charge in the catalyst layers of 0.4 mg / cm2. The membrane / electrode assembly is formed with a proton exchange membrane, typically a Nafion® membrane (H +, DuPont).

[114] Este conjunto está colocado entre placas de grafite com canais do tipo serpentina, para a circulação dos gases e coleta da corrente elétrica. No sistema operacional, um conjunto de células unitárias é usado para formar o módulo com a potência desejada.[114] This set is placed between graphite plates with serpentine channels, for the circulation of gases and collection of electric current. In the operating system, a set of unit cells is used to form the module with the desired power.

[115] Obviamente, embora tal conjunto seja descrito, a invenção não é limitada por estes elementos, e elementos com similares funcionais podem ser utilizados.[115] Obviously, although such a set is described, the invention is not limited by these elements, and elements with similar functionalities can be used.

[116] A figura 3 representa esquematicamente uma célula a combustível (10) unitária. Como pode ser visto na figura, a célula a combustível (10) de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção compreende uma entrada de hidrogênio (21), uma entrada de oxigênio (22) e uma saída de água (23).[116] Figure 3 schematically represents a unit fuel cell (10). As can be seen in the figure, the fuel cell (10) according to a preferred configuration of the present invention comprises a hydrogen inlet (21), an oxygen inlet (22) and a water outlet (23).

[117] Adicionalmente, a célula a combustível (10) possui uma placa com termopar (25) e com entradas de aquecimento (24), placas de grafite (26) com canais de difusão de gás (27), espaçadores (28), e uma membrana trocadora de prótons (29), que compreende duas camadas catalisadoras (30), uma de cada lado.[117] In addition, the fuel cell (10) has a thermocouple plate (25) with heating inlets (24), graphite plates (26) with gas diffusion channels (27), spacers (28), and a proton exchange membrane (29), which comprises two catalyst layers (30), one on each side.

[118] A temperatura da célula a combustível (10) se situa preferencialmente entre a temperatura ambiente e 120 oC. Por meio de um potenciostato/galvanostato, é possível obter a curva de polarização da célula a combustível (10), ilustrada pela figura 4. Observa-se que o desempenho em termos de densidade de potência da célula a combustível unitária do tipo PEM alimentada com hidrogênio de reação do etanol é cerca de seis vezes superior ao observado em técnicas anteriores, obtida para uma célula direta de etanol DEFC.[118] The temperature of the fuel cell (10) is preferably between room temperature and 120 oC. By means of a potentiostat / galvanostat, it is possible to obtain the polarization curve of the fuel cell (10), illustrated by figure 4. It is observed that the performance in terms of power density of the unit fuel cell of the PEM type fed with reaction ethanol hydrogen is about six times higher than that observed in previous techniques, obtained for a direct DEFC ethanol cell.

[119] Deste modo, o presente invento descreve um sistema de geração instantânea do hidrogênio a partir de reações do etanol sobre catalisador de cobre suportado em zircônia. Em dito sistema, o hidrogênio produzido se apresenta livre de monóxido de carbono, podendo, portanto, ser diretamente utilizado para alimentar uma célula a combustível (10), preferencialmente do tipo PEM.[119] Thus, the present invention describes an instantaneous hydrogen generation system from ethanol reactions on copper catalyst supported on zirconia. In this system, the hydrogen produced is free of carbon monoxide and can therefore be directly used to feed a fuel cell (10), preferably of the PEM type.

[120] Particularmente, a energia elétrica gerada na célula a combustível (10) é utilizada para alimentar um motor de corrente contínua ou por meio de um inversor, um motor de corrente alternada, que propulsiona um veículo automóvel (14) híbrido ou elétrico.[120] In particular, the electrical energy generated in the fuel cell (10) is used to power a direct current motor or by means of an inverter, an alternating current motor, which drives a hybrid or electric motor vehicle (14).

[121] A eletricidade produzida na célula a combustível (10) ainda pode ser aproveitada para abastecer uma bateria ou para outras aplicações que demandem uso da eletricidade. O processo de geração de hidrogênio utiliza um catalisador de alta atividade e seletividade para a conversão do etanol em acetato de etila em temperaturas moderadas.[121] The electricity produced in the fuel cell (10) can still be used to supply a battery or for other applications that require electricity use. The hydrogen generation process uses a catalyst with high activity and selectivity for the conversion of ethanol into ethyl acetate at moderate temperatures.

[122] A energia térmica para a unidade catalítica através do qual ocorrem as reações do etanol é provida pelo calor dispensado pelos gases de combustão do escapamento do automóvel que opera de forma híbrida, com um motor a combustão interna (8) e com um motor elétrico (13). O efluente reacional na fase líquida contém uma mistura de produtos de reação do etanol adequados para uso como combustível ou aditivo para o etanol ou gasolina em motores de combustão interna. A produção de energia elétrica e a forma de aproveitamento completo de todo efluente reacional representam um prático e novo método para a geração de energia.[122] The thermal energy for the catalytic unit through which the ethanol reactions take place is provided by the heat provided by the combustion gases from the exhaust of the car that operates in a hybrid way, with an internal combustion engine (8) and with an engine electric (13). The reaction effluent in the liquid phase contains a mixture of ethanol reaction products suitable for use as a fuel or additive for ethanol or gasoline in internal combustion engines. The production of electrical energy and the way to make full use of all reaction effluent represent a practical and new method for generating energy.

[123] A geração de hidrogênio a partir das reações do etanol ocorre, preferencialmente, sobre o catalisador cobre suportado em zircônia. As condições de preparação do catalisador resultam em alta seletividade a acetato de etila a partir de reações do etanol.[123] Hydrogen generation from ethanol reactions occurs, preferably, over the copper catalyst supported on zirconia. The conditions of preparation of the catalyst result in high selectivity to ethyl acetate from ethanol reactions.

[124] Um sistema específico que envolve a geração de hidrogênio a partir das reações do etanol em presença do catalisador, bem como o seu uso em célula a combustível (10) para gerar energia para um veículo elétrico ou híbrido compreende: a) Prover um reator catalítico (5) tubular de leito fixo carregado com um catalisador de cobre suportado sobre zircônia, preferencialmente na fase cristalina monoclínica de alta área superficial específica; b) Alimentar o reator catalítico (5) com uma corrente de etanol fresco, por meio de uma bomba (2), uma válvula (3) e um vaporizador (4), e dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico (5) a temperatura entre 200°C e 380°C para reação em fase vapor formando misturas de hidrogênio, acetato de etila, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol, sendo o reator operado com fatores tempo de residência W/F entre 2 e 200 min, em que W = Massa de catalisador (kg) e F = Fluxo de etanol alimentado (kg/min); c) Efetuar no reator catalítico (5) reações do etanol as quais compreendem; desidrogenação, cetonização e condensação aldólica para a formação dos produtos de reação, obtendo o produto acetato de etila com seletividade entre 20 e 90%, na qual a corrente de saída do reator é resfriada em um trocador de calor (6) separando o fluxo gasoso (9) da corrente líquida; d) Submeter o fluxo gasoso (9) ao leito de carvão ativo para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio; e) Aquecer o leito de carvão ativo periodicamente reciclando o acetaldeído dessorvido ao reator catalítico (5); f) Direcionar a corrente líquida, proveniente do trocador de calor (6), a um tanque de armazenamento (7) que poderá alimentar um motor a combustão interna (8), ou retornar ao reator catalítico (5); g) Umidificar o fluxo gasoso (9) purificado separado no item “d” em um saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C; h) Captar um fluxo de ar (11) e filtrá-lo em sistema comum ao da filtragem de ar em veículos convencionais de motor a combustão interna (8), e umidificá-lo num saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C; e i) Direcionar o fluxo gasoso (9) umidificado no ânodo assim como o fluxo de ar (11) umidificado no cátodo da célula a combustível (10) para gerar energia elétrica.[124] A specific system that involves the generation of hydrogen from the reactions of ethanol in the presence of the catalyst, as well as its use in a fuel cell (10) to generate energy for an electric or hybrid vehicle comprises: a) Providing a fixed bed tubular catalytic reactor (5) loaded with a copper catalyst supported on zirconia, preferably in the monoclinic crystalline phase with a high specific surface area; b) Feed the catalytic reactor (5) with a stream of fresh ethanol, through a pump (2), a valve (3) and a vaporizer (4), and direct the vaporized reagents to the catalytic reactor (5) at temperature between 200 ° C and 380 ° C for vapor phase reaction forming mixtures of hydrogen, ethyl acetate, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol, the reactor being operated with residence time factors W / F between 2 and 200 min, where W = Mass of catalyst (kg) and F = Flow of ethanol fed (kg / min); c) Carry out ethanol reactions in the catalytic reactor (5) which comprise; dehydrogenation, ketonization and aldolic condensation for the formation of reaction products, obtaining the product ethyl acetate with selectivity between 20 and 90%, in which the reactor outlet current is cooled in a heat exchanger (6) separating the gas flow (9) the net stream; d) Submit the gas flow (9) to the active carbon bed to promote the adsorption of the remaining acetaldehyde and separate it from the hydrogen gas; e) Heat the active carbon bed periodically by recycling the desorbed acetaldehyde to the catalytic reactor (5); f) Direct the liquid current, coming from the heat exchanger (6), to a storage tank (7) that can feed an internal combustion engine (8), or return to the catalytic reactor (5); g) Humidify the purified gas flow (9) separated in item “d” in a saturator filled with water at temperatures between 20 and 90 ° C; h) Capture an air flow (11) and filter it in a system common to that of air filtration in conventional internal combustion engine vehicles (8), and humidify it in a saturator filled with water at temperatures between 20 and 90 ° Ç; and i) Direct the gas flow (9) humidified at the anode as well as the air flow (11) humidified at the cathode of the fuel cell (10) to generate electrical energy.

[125] Por fim, é previsto um veículo híbrido que compreende os processos de produção de hidrogênio e/ou de produção de energia, conforme definido anteriormente.[125] Finally, a hybrid vehicle is envisaged that comprises the processes of hydrogen production and / or energy production, as defined above.

[126] Assim, a presente invenção soluciona os problemas apontados no estado da técnica ao prover um sistema de geração de hidrogênio livre de CO a partir da reação catalítica do etanol acoplado a uma célula a combustível para a produção de energia elétrica. O efluente líquido de reação pode ser aproveitado como combustível ou como aditivo para etanol ou gasolina e alimentar um motor à combustão interna (8).[126] Thus, the present invention solves the problems pointed out in the prior art by providing a CO-free hydrogen generation system from the catalytic reaction of ethanol coupled to a fuel cell for the production of electrical energy. The liquid reaction effluent can be used as a fuel or as an additive for ethanol or gasoline and feed an internal combustion engine (8).

[127] Ainda, tal sistema adicionalmente limita a formação de coque do catalisador, ao reciclar o reator catalítico (5).[127] In addition, such a system additionally limits the coke formation of the catalyst by recycling the catalytic reactor (5).

[128] Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.[128] Although the invention has been widely described, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without the said changes not being covered by the scope of the invention.

Claims (27)

1. Processo de produção de hidrogênio CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: (a) Prover um reator catalítico (5) de fase cristalina monoclínica tubular de leito fixo, de cobre suportado sobre zircônia; (b) Alimentar o reator catalítico (5) com uma corrente de combustível vaporizada; (c) Dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico (5); (d) Efetuar no reator catalítico (5) reações de desidrogenação do combustível líquido; (e) Resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso (9) da corrente de combustível líquida.1. Hydrogen production process CHARACTERIZED by the fact that it comprises the steps of: (a) Providing a catalytic reactor (5) with a fixed bed tubular monoclinic copper phase supported on zirconia; (b) Supply the catalytic reactor (5) with a vaporized fuel stream; (c) Direct the vaporized reagents to the catalytic reactor (5); (d) Carry out in the catalytic reactor (5) dehydrogenation reactions of the liquid fuel; (e) Cool the outlet stream in order to separate the gaseous stream (9) from the liquid fuel stream. 2. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de o combustível líquido ser etanol.2. Hydrogen production process, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the liquid fuel is ethanol. 3. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, CARACTERIZADO pelo fato de o combustível líquido ser vaporizado por meio de uma bomba (2), uma válvula (3) e um vaporizador (4).3. Hydrogen production process according to any one of claims 1 to 2, CHARACTERIZED by the fact that the liquid fuel is vaporized by means of a pump (2), a valve (3) and a vaporizer (4). 4. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de o reator catalítico (5) efetuar as reações de desidrogenação a temperaturas entre 200°C e 380°C.4. Hydrogen production process according to any one of claims 1 to 3, CHARACTERIZED by the fact that the catalytic reactor (5) performs the dehydrogenation reactions at temperatures between 200 ° C and 380 ° C. 5. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de a reação da etapa (d) formar misturas de hidrogênio, acetato de etila, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol.5. Hydrogen production process according to any one of claims 1 to 4, CHARACTERIZED by the fact that the reaction of step (d) forms mixtures of hydrogen, ethyl acetate, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol . 6. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de a reação da etapa (d) ser realizada com fatores tempo de residência W/F entre 2 e 200 min, em que W é a massa de catalisador em kg e F é o fluxo de etanol alimentado em kg/min.6. Hydrogen production process, according to claim 5, CHARACTERIZED by the fact that the reaction of step (d) is carried out with residence time factors W / F between 2 and 200 min, where W is the catalyst mass in kg and F is the flow of ethanol fed in kg / min. 7. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de o produto obtido da reação da etapa (d) ser acetato de etila com seletividade entre 20 e 90%.7. Hydrogen production process, according to any one of claims 1 to 6, CHARACTERIZED by the fact that the product obtained from the reaction of step (d) is ethyl acetate with selectivity between 20 and 90%. 8. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de a etapa (e) ser realizada em um trocador de calor (6).8. Hydrogen production process, according to any one of claims 1 to 7, CHARACTERIZED by the fact that step (e) is carried out in a heat exchanger (6). 9. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa adicional de submeter o fluxo gasoso (9) a um leito de carvão ativo para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio após a etapa (e).9. Hydrogen production process according to any one of claims 1 to 8, CHARACTERIZED by the fact that it comprises an additional step of submitting the gas flow (9) to an active carbon bed to promote the adsorption of remaining acetaldehyde and separates it from the hydrogen gas after step (e). 10. Processo de produção de hidrogênio, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa adicional de aquecer o leito de carvão ativo periodicamente de modo a reciclar o acetaldeído dessorvido ao reator catalítico (5).10. Hydrogen production process, according to claim 9, CHARACTERIZED by the fact that it comprises an additional step of heating the active carbon bed periodically in order to recycle the desorbed acetaldehyde to the catalytic reactor (5). 11. Processo de produção de energia em um veículo híbrido, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: (a) Prover um reator catalítico (5) tubular de leito fixo; (b) Alimentar o reator catalítico (5) com uma corrente de combustível vaporizada; (c) Dirigir os reagentes vaporizados ao reator catalítico (5); (d) Efetuar no reator catalítico (5) reações de desidrogenação do combustível líquido; (e) Resfriar a corrente de saída de modo a separar o fluxo gasoso (9) da corrente de combustível líquida; (f) Direcionar a corrente líquida de modo a alimentar um motor a combustão interna (8) para gerar energia ou retornar ao reator catalítico (5); (g) Captar um fluxo de ar (11); e (h) Direcionar o fluxo gasoso (9) ao ânodo da célula a combustível (10) e o fluxo de ar (11) ao cátodo da célula a combustível (10) para gerar energia elétrica.11. Energy production process in a hybrid vehicle, CHARACTERIZED by the fact that it comprises the steps of: (a) Providing a fixed bed tubular catalytic reactor (5); (b) Supply the catalytic reactor (5) with a vaporized fuel stream; (c) Direct the vaporized reagents to the catalytic reactor (5); (d) Carry out in the catalytic reactor (5) dehydrogenation reactions of the liquid fuel; (e) Cool the outlet stream in order to separate the gaseous stream (9) from the liquid fuel stream; (f) Direct the liquid current in order to feed an internal combustion engine (8) to generate energy or return to the catalytic reactor (5); (g) Capture an air flow (11); and (h) Direct the gas flow (9) to the fuel cell anode (10) and the air flow (11) to the fuel cell cathode (10) to generate electrical energy. 12. Processo de produção de energia, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de o reator catalítico (5) ser de cobre suportado sobre zircônia.12. Energy production process, according to claim 11, CHARACTERIZED by the fact that the catalytic reactor (5) is copper supported on zirconia. 13. Processo de produção de energia, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de o reator catalítico (5) ser de fase cristalina monoclínica.13. Energy production process, according to claim 12, CHARACTERIZED by the fact that the catalytic reactor (5) is of monoclinic crystalline phase. 14. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de o combustível líquido ser etanol.14. Energy production process according to any of claims 11 to 13, CHARACTERIZED by the fact that the liquid fuel is ethanol. 15. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de o combustível líquido ser vaporizado por meio de uma bomba (2), uma válvula (3) e um vaporizador (4).15. Energy production process according to any one of claims 11 to 14, CHARACTERIZED in that the liquid fuel is vaporized by means of a pump (2), a valve (3) and a vaporizer (4). 16. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de o reator catalítico (5) efetuar as reações de desidrogenação a temperaturas entre 200°C e 380°C.16. Energy production process according to any of claims 11 to 15, CHARACTERIZED by the fact that the catalytic reactor (5) performs the dehydrogenation reactions at temperatures between 200 ° C and 380 ° C. 17. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de a reação da etapa (d) formar misturas de hidrogênio, acetato de etila, acetaldeído, acetona, crotonaldeído e metil etil cetona ou butanol.17. Energy production process according to any one of claims 11 to 16, CHARACTERIZED by the fact that the reaction of step (d) forms mixtures of hydrogen, ethyl acetate, acetaldehyde, acetone, crotonaldehyde and methyl ethyl ketone or butanol . 18. Processo de produção de energia, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de a reação ser realizada com fatores tempo de residência W/F entre 2 e 200 min, em que W é a massa de catalisador em kg e F é o fluxo de etanol alimentado em kg/min.18. Energy production process, according to claim 17, CHARACTERIZED by the fact that the reaction is carried out with residence time factors W / F between 2 and 200 min, where W is the mass of catalyst in kg and F is the flow of ethanol fed in kg / min. 19. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de o produto obtido da reação da etapa (d) ser acetato de etila com seletividade entre 20 e 90%.19. Energy production process, according to any of claims 11 to 18, CHARACTERIZED by the fact that the product obtained from the reaction of step (d) is ethyl acetate with selectivity between 20 and 90%. 20. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de a etapa (e) ser realizada em um trocador de calor (6).20. Energy production process according to any one of claims 11 to 19, CHARACTERIZED by the fact that step (e) is carried out in a heat exchanger (6). 21. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 20, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa adicional de submeter o fluxo gasoso (9) a um leito de carvão ativo para promover a adsorção de acetaldeído remanescente e separá-lo do gás hidrogênio após a etapa (e).21. Energy production process according to any one of claims 11 to 20, CHARACTERIZED by the fact that it comprises an additional step of submitting the gas flow (9) to an active carbon bed to promote the adsorption of remaining acetaldehyde and separates it from the hydrogen gas after step (e). 22. Processo de produção de energia, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa adicional de aquecer o leito de carvão ativo periodicamente de modo a reciclar o acetaldeído dessorvido ao reator catalítico (5).22. Energy production process, according to claim 21, CHARACTERIZED by the fact that it comprises an additional step of heating the active carbon bed periodically in order to recycle the desorbed acetaldehyde to the catalytic reactor (5). 23. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 22, CARACTERIZADO pelo fato de a corrente líquida ser direcionada a um tanque de armazenamento (7) antes da etapa (f).23. Energy production process according to any one of claims 11 to 22, CHARACTERIZED by the fact that the liquid stream is directed to a storage tank (7) before step (f). 24. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa de umidificar o fluxo gasoso (9) em um saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C antes da etapa (h).24. Energy production process according to any of claims 11 to 23, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a step of humidifying the gas flow (9) in a water-filled saturator at temperatures between 20 and 90 ° C before step (h). 25. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa de filtrar o fluxo de ar (11) antes da etapa (h).25. Energy production process according to any one of claims 11 to 24, CHARACTERIZED in that it comprises a step of filtering the air flow (11) before step (h). 26. Processo de produção de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma etapa de umidificar o fluxo de ar (11) em um saturador preenchido com água em temperaturas entre 20 e 90°C antes da etapa (h).26. Energy production process according to any one of claims 11 to 25, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a step of humidifying the air flow (11) in a saturated filled with water at temperatures between 20 and 90 ° C before step (h). 27. Sistema de produção de energia em um veículo híbrido, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um processo de produção de hidrogênio conforme definido nas reivindicações de 1 a 10 e/ou um de produção de energia conforme definido nas reivindicações de 11 a 26.27. Energy production system in a hybrid vehicle, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a hydrogen production process as defined in claims 1 to 10 and / or an energy production process as defined in claims 11 to 26.
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