PT738428E

PT738428E - Instalacao modular geradora de energia electrica a partir da energia solar

Info

Publication number: PT738428E
Application number: PT94926158T
Authority: PT
Inventors: Johnssen Dr Wolf
Original assignee: Binsmaier Hannelore
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1994-08-06
Publication date: 2000-07-31
Also published as: TW344017B; GR3033340T3; CO4440466A1; EP0738428B1; IL110617A; US5707762A; DE4328379C2; WO1995006334A1; ATE189561T1; EP0738428A1; KR950007171A; ES2144526T3; DE59409132D1; DE4328379A1; ZA946005B; IL110617A0; KR100189176B1

Description

DESCRIÇÃO

"INSTALAÇÃO MODULAR GERADORA DE ENERGIA ELÉCTRICA A PARTIR DA ENERGIA SOLAR" O presente invento diz respeito a uma instalação modular geradora de energia eléctrica a partir da energia solar. “Instalação modular geradora de energia eléctrica” significa que a referida instalação inclui uma diversidade de módulos com funções distintas, sendo aquela modularmente composta por estes. Os módulos são elementos fabricados em série. É evidente que os módulos estão ligados entre si por meio de condutas de funcionamento e cabos de comando. Não é conhecida uma instalação modular geradora de energia eléctrica a partir da energia solar. Aliás, são conhecidas centrais eléctricas ditas solares constituídas por uma multiplicidade de unidades, os chamados colectores solares, para a absorção da energia solar, que é depois transformada em energia eléctrica mediante um efeito térmico e com o auxílio de motores térmicos ou mediante um efeito fotoeléctrico. São também conhecidas centrais eléctricas que incluem pelo menos um reactor de gaseificação para a gaseificação de combustíveis fósseis, sendo o gás combustível transformado em energia eléctrica por meio de motores térmicos. “Biomassa” designa todas as matérias primas regenerativas, isto é, aquelas matérias primas que podem ser novamente produzidas por via biológica com uma taxa de produção à medida dos períodos de vegetação. A biomassa opõe-se assim às matérias primas fósseis cuja formação é essencialmente mais lenta do que o seu consumo. Em princípio, uma biomassa pode ser disponibilizada com uma estrutura celular intacta ou com uma estrutura celular desintegrada, por exemplo sob a forma de pó fino. As biomassas contêm essencialmente os elementos carbono, hidrogénio, oxigénio e azoto, sendo pobres ^ em proteínas e enxofre. No âmbito do presente invento, “biomassa” designa todas as plantas de crescimento rápido, em particular plantas perenes e também plantas ricas em lenhina. No âmbito do presente invento, “biomassa” designa de preferência plantas C4, plantas do tipo cana C4 e ervas C4. Os teores de proteína e enxofre podem ser influenciados pela adição de fertilizantes. A transformação directa em corrente eléctrica de hidrogénio por meio de células electroquímicas é também bem conhecida, sendo particularmente adequada para potências relativamente pequenas compreendidas entre 1 a 5 MW. Comparadas com os motores térmicos, as células electroquímicas apresentam a vantagem de não estarem submetidas aos condicionamentos termodinâmicos do rendimento do ciclo de Camot. Teoricamente, as células electroquímicas encontram-se em posição de converter praticamente todo o calor de reacção da reacção entre hidrogénio e oxigénio para dar origem a água em energia eléctrica. Por este motivo, utilizando células electroquímicas podem ser alcançados na prática e sem dificuldades de maior rendimentos nitidamente superiores aos obtidos com os motores térmicos. Para tal, é condição essencial que os catalisadores das células electroquímicas não estejam contaminados com venenos catalíticos que possam estar eventualmente contidos no hidrogénio. O hidrogénio molecular não se encontra disponível enquanto matéria prima para a produção de energia eléctrica, tendo de ser obtido a partir de matérias primas que contenham hidrogénio. A produção de hidrogénio a partir de água mediante uma electrólise normal consome mais corrente do que a que pode ser produzida a partir do hidrogénio, estando portanto fora de questão. A dissociação catalítica da água em oxigénio e hidrogénio é muito lenta e -3- dispendiosa, apenas fornecendo quantidades pequenas, pelo que a sua utilização comercial não é atractiva.

Desde há muito conhecidas são a produção, a partir de carvão, do chamado gás de síntese, o qual contém essencialmente hidrogénio e monóxido de carbono, e as instalações por ela requeridas. Este processo é designado gaseificação do carvão. Numa chamada reacção de deslocamento de água, o monóxido de carbono contido no gás de síntese pode ser convertido, a uma temperatura superior e sob adição de vapor de água, em hidrogénio e dióxido de carbono.

Em princípio é possível a utilização de gás de síntese em células electroquímicas; na prática, contudo, tal revelou-se consideravelmente desvantajoso. Em primeiro lugar, o carvão contém naturalmente enxofre, o qual é arrastado no gás de síntese sob a forma de compostos de enxofre gasosos. Os compostos de enxofre, porém, são venenos catalíticos em elevado grau podendo desactivar o catalisador de uma célula electroquímica e, portanto, a própria célula electroquímica. Os gases de enxofre são, aliás, uma emissão indesejada por motivo da protecção do ambiente. Em segundo lugar, a produção de gás de síntese a partir de carvão é, no geral, particularmente cara e dispendiosa, pelo facto de se acumularem os dispêndios da exploração subterrânea, do processo de gaseificação do carvão e da requerida remoção do enxofre.

Hoje em dia, a energia eléctrica é produzida principalmente em centrais eléctricas, embora a diminuição do rendimento devida a cada um dos consumidores individuais seja comparativamente pequena. O documento “Technical and Economic Assessment of Biomass Fuel Cell Power Systems” da autoria de Edward I Wan, publicado em Energy -4-

Biomass Wastes, vol. 9, 1985, pp. 1343-1368, deu a conhecer a conversão em energia eléctrica de um gás combustível obtido a partir de biomassas. Este gás combustível é obtido a partir de componentes da madeira ou de produtos da digestão animal anaeróbicos, sendo submetidos a um fluxo de ar a fim de queimar parte do gás combustível produzido durante a gaseificação. O presente invento tem por base o problema técnico da conversão da energia solar em energia eléctrica de um modo simples e descentralizado.

Destinado a resolver este problema e objecto do presente invento é uma instalação modular para a produção de energia eléctrica a partir de energia solar constituída por: a) um módulo de conversão (1) para a conversão da energia solar em biomassa suficientemente isenta de enxofre nativo, consistindo numa superfície de cultura agrícola na qual foram cultivadas plantas transformáveis em biomassa, em particular plantas C4, b) um módulo de gaseificação (2) projectado para gaseificações alotérmicas, consistindo num reactor de gaseificação destinado a gaseificar a biomassa, transformando-a num gás combustível mediante o fornecimento de calor produzido extemamente e o auxílio de um agente de gaseificação contendo essencialmente vapor de água, utilizando temperaturas e um tempo de permanência dos gases a serem gaseificados na zona de gaseificação do reactor de gaseificação que impeçam a condensação de alcatrão nas zonas do módulo de gaseificação (2) localizadas a jusante da zona de gaseificação e/ou num módulo de células electroquímicas localizado a jusante, c) um módulo de células electroquímicas (3) no qual o gás combustível é -5-

transformado em corrente eléctrica com o auxílio da tecnologia de células electroquímicas, em que o módulo de conversão (1) inclui um agregado (4) para a colheita da biomassa e um agregado de processamento (5) para o processamento da biomassa, transformando-a num produto prévio à gaseificação, em que o módulo de gaseificação (2) se encontra ligado ao agregado de processamento (5) por intermédio de uma unidade de alimentação (6). O módulo de células electroquímicas (3) encontra-se ligado ao módulo de gaseificação (2) por intermédio de um dispositivo (8) para a purificação do gás combustível, em que, no que respeita ao rendimento da instalação, o módulo de gaseificação (2) e o módulo de células electroquímicas (3) estão adaptados um ao outro em termos de rendimento e regulados de modo a que, para a secagem da biomassa colhida, possam ser utilizados um fluxo parcial do gás combustível e um outro fluxo parcial e ou calor dissipado da instalação modular geradora de energia eléctrica, em que, no que respeita à superfície de cultura, o módulo de conversão (1) é dimensionado caso a caso de acordo com o rendimento da instalação previamente definido, em que o módulo de conversão (1) possui um agregado de processamento (5) sob a forma de pelo menos uma máquina para colheita da biomassa e de um dispositivo de trituração (9) ou de granulação (10) e um dispositivo de armazenamento (11) da biomassa preparada com o qual podem ser compensadas flutuações quantitativas da biomassa processada condicionadas pela vegetação e em que os elementos essenciais do módulo de conversão (1), do módulo de gaseificação (2) e do módulo de células electroquímicas (3) são elementos modulares pré-fabricados da instalação modular geradora de energia eléctrica. O presente invento parte do conhecimento de que a energia solar pode ser obtida e armazenada, de um modo abrangente e pouco dispendioso, por -6- intermédio de colectores solares naturais, mais concretamente com o auxílio de plantas convertíveis em biomassa, e isto ao ritmo do período de vegetação de uma zona geográfica. A energia solar assim acumulada pode ser convertida, também sem grande dispêndio, em energia eléctrica desde que a conversão em electricidade ocorra no local do armazenamento, assim tomando efectiva a combinação das características b) e c), e desde que sejam instalados os módulos para uma instalação geradora de energia eléctrica com um rendimento relativamente pequeno compreendido por exemplo entre 1 e 5 MW. Cada um dos módulos é fabricado centralmente e transportado para o local de armazenamento, se necessário desmontado em diversos componentes por condicionalismos do próprio transporte. No local da instalação decorre a anteriormente descrita regulação do módulo de conversão em função dos rendimentos com que foram projectados o módulo de gaseificação e o módulo de células electroquímicas, sendo nessa medida previamente definidos. O presente invento combina portanto um processo natural de conversão da energia solar com elementos hardware e o módulo de conversão assim formado com agregados para a produção e a transformação em corrente eléctrica de gás combustível comprovados, os quais se encontram por sua vez montados de modo a formar um módulo.

De preferência, o funcion amento do módulo de gaseificação é tal que o gás combustível exiba uma proporção vapor de água / biomassa superior a 1. 0 módulo de gaseificação encontra-se vantajosamente provido de um reactor de gaseificação que funciona como meio de gaseificação e fluidificação sob pressão de vapor de água, tal como é em si conhecido no caso dos combustíveis fósseis (comparar com a patente BP 0 329 673 Bl).

Também no que respeita ao módulo de células electroquímicas existem no âmbito do presente invento diversas possibilidades. Assim, o módulo de células electroquímicas pode exibir pelo menos uma célula electroquímica -7- com um electrólito contendo fósforo. De acordo com uma outra forma de execução do presente invento, o módulo de células electroquímicas pode exibir pelo menos uma célula electroquímica com um electrólito constituído por um material fundido contendo um sal carbonato. De acordo com outra proposta, o módulo de células electroquímicas encontra-se provido de pelo menos uma célula electroquímica do tipo “óxido sólido”. Uma proposta para o presente invento que se reveste de particular significado, é a de um módulo de células combustíveis que exiba pelo menos uma célula electroquímica do tipo membrana de permuta de protões. Uma forma preferida de execução do presente invento, a qual se destaca pelo seu funcionamento seguro e longa vida dos módulos e, em particular, do módulo de células electroquímicas, caracteriza-se pela combinação de um módulo de gaseificação concebido para uma gaseificação alotérmica, que inclua pelo menos uma célula electroquímica com um electrólito contendo ácido fosfórico. Num mesmo módulo de células electroquímicas podem também ser combinadas células electroquímicas de acordo com as reivindicações e e/ou 5 e/ou 6 e/ou 7. Qualquer que seja a forma como o módulo de células electroquímicas tenha sido projectado, é sempre vantajoso para a duração do mesmo que no módulo de gaseificação a proporção quantitativa oxigénio / biomassa e a temperatura da fase gasosa tenham sido regulados para proporcionarem um gás combustível praticamente isento de óxido de azoto. Surpreendentemente, num módulo de gaseificação deste modo regulado não se verifica a perturbadora condensação de alcatrão. É o que sucede em particular no caso de a gaseificação ser alotérmica.

Uma instalação modular geradora de energia eléctrica pode funcionar autarquicamente sem grande dispêndio. Para tal e de acordo com o presente invento, é-lhe acoplado um módulo produtor de vapor de água, o qual pode ser aquecido por um fluxo parcial de gás combustível. Por outro lado, o módulo de conversão pode estar equipado com um sistema de secagem que é -8-

aquecido pelo calor dissipado pela instalação modular geradora de energia eléctrica. Numa instalação modular geradora de energia eléctrica de acordo com o presente invento, a gaseificação produz adicionalmente cinzas, as quais podem ser reconduzidas para o módulo de conversão a título de fertilizantes. As plantas convertíveis em biomassa, em particular as plantas C4 perenes, apenas morrem passados cinco a dez períodos de vegetação. Somente nessa altura é que o módulo de conversão enquanto superfície de cultura agrícola tem de ser novamente cultivado.

Faz-se em seguida a descrição mais pormenorizada de algumas células electroquímicas inseríveis num módulo de células electroquímicas de uma instalação modular geradora de energia eléctrica de acordo com o presente invento e a sua integração com um módulo de gaseificação.

No âmbito de uma proposta do presente invento procede-se do seguinte modo: É utilizada biomassa que, por exemplo em virtude de una fertilização adequada, seja suficientemente isenta de enxofre nativo. Num reactor de oxidação é produzido um gás combustível que contém monóxido de carbono e hidrogénio mediante a oxidação parcial da biomassa com um agente de gaseificação contendo oxigénio. No reactor de oxidação a proporção oxigénio/biomassa e a temperatura da fase gasosa são reguladas para valores que forneçam um gás combustível praticamente isento de azoto, sendo esses valores mantidos. O gás combustível extraído do reactor de oxidação é libertado da matéria em suspensão num separador. O gás combustível liberto da matéria em suspensão é transformado em corrente eléctrica em células electroquímicas compostas por um ânodo poroso, um cátodo poroso e um electrólito consistindo numa matéria fundida contendo um sal carbonato. “Ânodo” designa o eléctrodo -9- eventualmente cataliticamente activo da célula electroquímica ao longo do qual é feito passar o fluxo de gás combustível, o qual é oxidado, libertando electrões. “Cátodo” designa o eléctrodo eventualmente cataliticamente activo da célula electroquímica ao longo do qual é feito passar o meio de combustão, o qual é reduzido por absorção de electrões. O meio de combustão tem de conter dióxido de carbono de modo a reagir com oxigénio, formando iões carbonato no cátodo. “Poroso” designa uma estrutura do eléctrodo que assegure, por um lado, um contacto de todas as três fases gás combustível ou meio de combustão, eléctrodo ou catalisador e electrólito e, por outro lado, por exemplo por efeito de forças capilares, impeça um transbordar do electrólito numa câmara de gás combustível ou numa câmara de meio de combustão. Por conseguinte, o conceito de “poroso” abrange igualmente as estruturas em rede com malhas de dimensão apropriada. As células electroquímicas com um electrólito que consiste numa matéria fundida contendo um sal carbonato destacam-se pela sua eficiência particularmente elevada e por um elevado rendimento específico em virtude da temperatura de funcionamento particularmente elevada. Uma outra vantagem deste tipo de células electroquímicas quando utilizadas para transformar em corrente eléctrica um gás combustível obtido a partir de biomassa resulta do facto de o monóxido de carbono não só não perturbar a catálise como até ser utilizado, tal como o hidrogénio, para a produção de energia eléctrica, reagindo com os iões carbonato junto ao ânodo e libertando electrões. Alcança-se no agregado um considerável efeito sinergístico, o qual consiste na possibilidade de produzir energia eléctrica a partir de uma matéria prima regenerativa e muito barata, com uma eficiência particularmente elevada, com considerável segurança e praticamente sem emissão de compostos de enxofre, óxidos de azoto e partículas. Os produtos finais do processo são no essencial água não prejudicial e o dióxido de carbono incontomável na produção de energia convencional. Além disso é libertado calor que, em particular no procedimento alotérmico, pode ser reconduzido para o processo. - 10-

No âmbito de uma outra proposta do presente invento procede-se do seguinte modo: É utilizada biomassa que, por exemplo em virtude de una fertilização adequada, seja suficientemente isenta de enxofre nativo. Num reactor de oxidação é produzido um gás combustível que contém monóxido de carbono e hidrogénio mediante a oxidação parcial da biomassa com um agente de gaseificação contendo oxigénio. No reactor de oxidação a proporção oxigénio/biomassa e a temperatura da fase gasosa são reguladas para valores que proporcionem um gás combustível praticamente isento de azoto, sendo esses valores mantidos. O gás combustível extraído do reactor de oxidação é libertado da matéria em suspensão num separador. O gás combustível liberto da matéria em suspensão é transformado em corrente eléctrica em células electroquímicas compostas por um ânodo poroso, um cátodo poroso e um electrólito contendo um ácido. Este processo exibe essencialmente todas as propriedades e vantagens do processo com um electrólito que consiste numa matéria fundida contendo um sal carbonato. Contudo, distingue-se pelo facto de a célula electroquímica funcionar a uma temperatura consideravelmente mais baixa. Na totalidade, a eficiência obtida com um electrólito contendo um ácido é ligeiramente inferior à obtida com um electrólito que consiste numa matéria fundida contendo um sal carbonato. No entanto, esta desvantagem é compensada pelo facto de o processo permitir um maior controlo dos efeitos de corrosão dos eléctrodos em virtude da temperatura de funcionamento ser ligeiramente inferior. Assim sendo, obtém-se uma segurança especialmente grande, sendo por exemplo certamente evitada uma sinterização do esqueleto de suporte da estrutura porosa dos eléctrodos. Como electrólito são preferidos o ácido sulfurico ou fosfórico. Estes dois ácidos, em particular o fosfórico apresentam um ponto de ebulição relativamente elevado quando misturados com reduzidas quantidades de água, podendo as células electroquímicas funcionar a uma temperatura bastante elevada, por exemplo a 160°C. - 11 -

No que se refere à oxidação parcial, o processo de acordo com o presente invento pode ser posto em prática sob diversas formas de execução. Em particular, pode ser realizada uma combustão parcial da biomassa no reactor de oxidação. Numa forma de execução que se reveste de particular significado, a oxidação parcial é realizada sob acção de calor produzido extemamente e com um agente de gaseificação contendo vapor de água. Este procedimento é conhecido noutro contexto pela designação “gaseificação alotérmica”. A aplicação de calor produzido extemamente é requerido pela gaseificação alotérmica pelo facto de a reacção da biomassa com vapor de água para dar origem a gás combustível ser no seu conjunto endotérmica. Este calor para a oxidação parcial pode ser produzido de preferência por combustão de biomassa ou de gás combustível. Vantajosamente, o calor para a oxidação parcial é introduzido por via de um gás usualmente utilizado como veículo do calor e por intermédio de um permutador de calor. Numa outra forma de execução do processo do presente invento, a oxidação parcial é realizada sem a introdução de calor produzido extemamente e com um agente de gaseificação contendo essencialmente vapor de água e oxigénio molecular ou ar. Este procedimento é conhecido noutro contexto pela designação “gaseificação autotérmica”. Nele ocorrem reacções de oxidação exotérmicas com a fracção de oxigénio molecular do agente de gaseificação, sendo produzido in situ o calor necessário à reacção endotérmica entre vapor de água e biomassa. As gaseificações alotérmica e autotérmica encontram-se basicamente descritas no documento Stahl und Eisen, vol. 110, 1990, n° 8, pp. 131-136, embora noutro contexto.

Um outro processo que pode ser utilizado no âmbito do presente invento para a produção de energia eléctrica a partir de biomassa apresenta as seguintes características: - 12- t E utilizada biomassa que, por exemplo em virtude de una fertilização adequada, seja suficientemente isenta de enxofre nativo. Num reactor de oxidação é produzido um gás combustível que contém monóxido de carbono e hidrogénio mediante a oxidação parcial da biomassa com um agente de gaseificação contendo oxigénio. No reactor de oxidação a proporção oxigénio/biomassa e a temperatura da fase gasosa são reguladas para valores que proporcionem um gás combustível praticamente isento de azoto, sendo esses valores mantidos. O gás combustível extraído do reactor de oxidação é libertado da matéria em suspensão num separador. O gás combustível liberto da matéria em suspensão é transformado em corrente eléctrica em células electroquímicas compostas por um ânodo poroso, um cátodo poroso e um electrólito sólido constituído por um óxido metálico, funcionando as células electroquímicas a pelo menos 800°C. Também neste caso a produção de gás combustível pode ser realizada autotérmica ou alotermicamente.

Em virtude da temperatura de funcionamento muito elevada das células electroquímicas com um eléctrodo sólido constituído por um óxido metálico, não só se toma desnecessário um efeito catalítico dos eléctrodos como se obtêm automaticamente velocidades de reacção muito elevadas do gás de combustão junto ao ânodo e de um meio de combustão junto ao cátodo, uma vez que a energia térmica dos gases é consideravelmente superior à energia de activação das reacções de dissociação heterógenas. Por seu lado, as elevadas velocidades de reacção tomam possíveis elevados rendimentos eléctricos específicos das células electroquímicas. Por este motivo, as células electroquímicas são postas a funcionar a pelo menos 1000°C, de preferência a pelo menos 1200°C, numa forma de execução preferida. Estas temperaturas de funcionamento elevadas podem ser asseguradas sem problemas de maior se os materiais constituintes do ânodo, do cátodo e do eléctrodo estiverem mutuamente adaptados ou regulados do modo usual no que respeita aos seus coeficientes de - 13- r dilatação térmica. E evidente que para materiais constituintes do ânodo e do cátodo serão escolhidas substâncias suficientemente resistentes à corrosão. Pode ser assegurada uma elevada condutividade iónica do eléctrodo sólido se for utilizada como electrólito uma mistura de óxido de zircónio e de óxido de cálcio ou de óxido de zircónio e de óxido de ítrio. Uma elevada condutividade iónica e as simultâneas velocidades de reacção elevadas junto aos eléctrodos proporcionam um rendimento específico das células electroquímicas particularmente alto. Neste caso, um aperfeiçoamento vantajoso consistirá na utilização, como material constituinte do ânodo, de um metal cerâmico, preferencialmente constituído por óxidos de zircónio com níquel ou cobalto. Como material constituinte do cátodo é utilizado de preferência LaNiCb ou óxido de índio dopado.

Para reduzir o teor eventualmente nocivo de monóxido de carbono no gás combustível, este pode ser tratado num reactor de deslocamento de água, por acção de vapor de água e de calor a fim de transformar o monóxido de carbono em hidrogénio e dióxido de carbono. Um teor eventualmente nocivo de hidrocarboneto no gás combustível pode ser reduzido se, imediatamente antes da conversão em corrente eléctrica, este for conduzido através de um dispositivo de reformação com um catalisador, de preferência um catalisador metálico de transição, com máxima preferência um catalisador níquel, decorrendo o funcionamento do catalisador à mesma temperatura que o das células electroquímicas.

Em seguida passa a descrever-se o presente invento mais pormenorizadamente, recorrendo para tal a um desenho onde é representado apenas um exemplo de execução do mesmo. Nele são mostrados:

Figura 1 um esquema de blocos de uma instalação modular geradora de energia - 14- eléctrica e

Figura 2 um esquema do funcionamento do objecto de acordo com a Fig. 1 no que se refere aos módulos de gaseificação e de células electroquímicas. A instalação modular geradora de energia eléctrica representada nas Figuras destina-se à produção de energia eléctrica a partir da energia solar. Fazem parte da instalação modular geradora de energia eléctrica três módulos com funções especiais:

Um módulo de conversão 1 para a conversão da energia solar em biomassa suficientemente isenta de enxofre nativo, o qual consiste numa superfície de cultura agrícola na qual foram cultivadas plantas transformáveis em biomassa, em particular plantas C4; um módulo de gaseificação 2 consistindo num reactor de gaseificação destinado a gaseificar a biomassa na presença de vapor de água, transformando-a num gás combustível, utilizando temperaturas e um tempo de permanência dos gases a serem gaseificados na zona de gaseificação do reactor de gaseificação que impeçam a condensação de alcatrão nas zonas do módulo de gaseificação localizadas a jusante da zona de gaseificação e/ou num módulo de células electroquímicas localizado a jusante; e um módulo de células electroquímicas 3 no qual o gás combustível é transformado em corrente eléctrica. O módulo de conversão 1 inclui um agregado 4 para a colheita da biomassa e um agregado de processamento 5 para o processamento da biomassa, transformando-a num produto prévio à gaseificação. O agregado de processamento pode ser fabricado de modo a estar estacionário ou a ser móvel. O módulo de gaseificação 2 encontra-se ligado ao agregado de processamento 5 por intermédio de uma unidade de alimentação 6. O módulo de células electroquímicas 3 encontra-se ligado ao módulo de gaseificação 2 por - 15 - intermédio de um dispositivo 8 para a purificação do gás combustível. A montagem é tal que no que respeita ao rendimento da instalação, o módulo de gaseificação 2 e o módulo de células electroquímicas estejam adaptados um ao outro em termos de rendimento e regulados de modo a que possam ser utilizados, para a secagem da biomassa colhida, um fluxo parcial do gás combustível e um outro fluxo parcial e ou calor dissipado da instalação modular. O módulo de conversão 1 possui um agregado de processamento 5 sob a forma de um dispositivo de trituração 9 ou de granulação 10. O módulo de conversão 1 possui ainda um dispositivo de armazenamento 11 da biomassa preparada com o qual podem ser compensadas flutuações quantitativas da biomassa processada condicionadas pela vegetação. Os elementos essenciais do módulo de conversão 1, do módulo de gaseificação 2 e do módulo de células electroquímicas 3 são elementos transportáveis enquanto montados ou desmontados, sendo em geral centralmente pré-fabricados. Da Figura 2 pode ser deduzido que o módulo de gaseificação 2 foi concebido para uma gaseificação alotérmica. O reactor de gaseificação foi concebido para uma gaseificação com vapor de água, servindo este de agente de gaseificação e de fluidificação. Tal como já foi referido, o módulo de células electroquímicas 3 pode incluir as mais variadas células electroquímicas 7. Adicionalmente, foi previsto um módulo de produção de vapor de água 12 e a respectiva conduta 13, o qual pode ser aquecido mediante a combustão de um fluxo parcial do gás combustível. Tal como descrito, pode ser utilizado o calor dissipado. A energia eléctrica pode ser retirada da instalação modular geradora de energia eléctrica em 14 e ser consumida no local ou ir alimentar uma rede.

Na Figura 2 pode ser reconhecido, no interior do módulo de gaseificação 2, o reactor de gaseificação 15 com um dispositivo 16 para a condução dos produtos prévios à gaseificação provido de um extractor de cinzas -16- 17. Foi também prevista a presença de um permutador de calor 18, o qual sobreaquece o vapor de água. Este permutador de calor 18 é aquecido por intermédio de uma câmara de combustão 19, para a qual é conduzido um fluxo \ parcial do gás combustível. A água requerida para a produção de vapor de água é conduzida através de uma unidade de processamento de água 20 e para um gerador de vapor 21. É evidente que foram ligadas as necessárias bombas e válvulas bem como os dispositivos para a utilização do calor dissipado. O módulo de células electroquímicas 3 funciona com pelo menos uma das células electroquímicas 7 descritas, sendo o gás combustível, previamente purificado e libertado do enxofre residual, conduzido para o seu interior. O módulo de gaseificação 2 e o módulo de células electroquímicas 3 encontram-se ligados por intermédio de um sistema 22, estando presente um reactor no qual o teor de hidrogénio do gás combustível é aumentado por intermédio de um processo de gás de água. Deste sistema fazem ainda parte um permutador de calor 24 e uma unidade de arrefecimento brusco 25. O gás combustível assim preparado penetra na célula electroquímica 7 pelo lado do ânodo, sendo introduzido ar pelo lado do cátodo e através da conduta 26. A Figura 2 tem um carácter meramente exemplificativo.

Lisboa, 27 de Abril de 2000

JORGE CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrie RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Instalação modular geradora de energia eléctrica a partir da energia solar constituída por a) um módulo de conversão (1) para a conversão da energia solar em biomassa suficientemente isenta de enxofre nativo, consistindo numa superfície de cultura agrícola na qual foram cultivadas plantas transformáveis em biomassa, em particular plantas C4, b) um módulo de gaseificação (2) projectado para gaseificações alotérmicas, consistindo num reactor de gaseificação destinado a gaseificar a biomassa, transformando-a num gás combustível, mediante o fornecimento de calor produzido extemamente e o auxílio de um agente de gaseificação contendo essencialmente vapor de água, utilizando temperaturas e um tempo de permanência dos gases a serem gaseificados na zona de gaseificação do reactor de gaseificação que impeçam a condensação de alcatrão nas zonas do módulo de gaseificação (2) localizadas a jusante da zona de gaseificação e/ou num módulo de células electroquímicas localizado a jusante, c) um módulo de células electroquímicas (3) no qual o gás combustível é transformado em corrente eléctrica com o auxílio da tecnologia de células electroquímicas, em que o módulo de, conversão (1) inclui um agregado (4) para a colheita da biomassa e um agregado de processamento (5) para o processamento da biomassa, transformando-a num produto prévio à gaseificação, em que o módulo de gaseificação (2) se encontra ligado ao agregado de processamento (5) por -2- intermédio de uma unidade de alimentação (6). O módulo de células electroquímicas (3) encontra-se ligado ao módulo de gaseificação (2) por intermédio de um dispositivo (8) para a purificação do gás combustível, em que, no que respeita ao rendimento da instalação, o módulo de gaseificação (2) e o módulo de células electroquímicas (3) estão adaptados um ao outro em termos de rendimento e regulados de modo a que, para a secagem da biomassa colhida, possam ser utilizados um fluxo parcial do gás combustível e um outro fluxo parcial e ou calor dissipado da instalação modular, em que, no que respeita à superfície de cultura, o módulo de conversão (1) é dimensionado caso a caso de acordo com o rendimento da instalação previamente definido, em que o módulo de conversão (1) possui um agregado de processamento (5) sob a forma de pelo menos uma máquina para colheita da biomassa e de um dispositivo de trituração (9) ou de granulação (10) e um dispositivo de armazenamento (11) da biomassa preparada com o qual podem ser compensadas flutuações quantitativas da biomassa processada condicionadas pela vegetação e em que os elementos essenciais do módulo de conversão (1), do módulo de gaseificação (2) e do módulo de células electroquímicas (3) são elementos modulares pré-fabricados da instalação modular.
2. Instalação modular de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o módulo de gaseificação (2) estar provido de pelo menos um reactor de gaseificação, o qual funciona sob pressão, com vapor de água como agente de gaseificação e fluidificação.
3. Instalação modular de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por, no módulo de gaseificação (2), a proporção quantitativa oxigénio / biomassa e a temperatura da fase gasosa serem reguladas para assegurar um gás combustível praticamente isento de óxido de azoto, -3-
4. Instalação modular de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o módulo de células electroquímicas (3) incluir pelo menos uma célula electroquímica (7) com um electrólito contendo ácido fosfórico.
5. Instalação modular de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o módulo de células electroquímicas (3) incluir pelo menos uma célula electroquímica (7) com um material fundido contendo sais carbonato
6. Instalação modular de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o módulo de células electroquímicas (3) incluir pelo menos uma célula electroquímica (7) do tipo “óxido sólido”.
7. Instalação modular geradora de energia eléctrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por o módulo de células electroquímicas (3) incluir pelo menos uma célula electroquímica (7) do tipo membrana de permuta de protões.
8. Instalação modular geradora de energia eléctrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por combinar células electroquímicas de acordo com as reivindicações 4 e/ou 5 e/ou 6 e/ou 7.
9. Instalação modular geradora de energia eléctrica de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por incluir ainda um módulo de produção de vapor de água (12) que pode ser aquecido por um fluxo parcial de gás combustível.

JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industriai RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA Lisboa, 27 de Abril de 2000