Perguntas e respostas: viagem de carbono

Jan 10, 2024

Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Penn State receberam uma doação de US$ 2 milhões do Consórcio de Pesquisa de Descarbonização da Marinha para estudar a captura de carbono a bordo e a utilização de combustíveis alternativos. O projeto é resumido em uma sessão de perguntas e respostas com o professor associado Brian Fronk. Crédito: Kate Myers/Penn State. Todos os direitos reservados.

9 de agosto de 2023

Por Sarah Small

UNIVERSITY PARK, Pensilvânia – O Consórcio de Pesquisa em Descarbonização da Marinha é uma colaboração público-privada que visa avançar na pesquisa interdisciplinar para ajudar a Marinha dos EUA a enfrentar os complexos desafios da descarbonização de plataformas, com foco em navios e aeronaves, de acordo com o site do consórcio. Como parte desta iniciativa, o professor associado de engenharia mecânica da Penn State, Brian Fronk, e a professora de engenharia mecânica Jacqueline O'Connor, receberam uma doação de US$ 2 milhões por três anos do Office of Naval Research para desenvolver um sistema de captura de carbono a bordo para uso com turbinas a gás navais. O ilustre professor de engenharia mecânica da Penn State, Adri van Duin, também ajudará na pesquisa.

Abaixo está uma sessão de perguntas e respostas com Fronk detalhando a pesquisa planejada.

P: O que é captura de carbono e o que são “e-combustíveis”?

Fronte: A captura de carbono é o processo de remoção de dióxido de carbono, seja diretamente da atmosfera ou da exaustão de equipamentos, como turbinas a gás, que queimam combustíveis contendo carbono. O carbono capturado pode então ser sequestrado para evitar que entre na atmosfera ou reciclado para produzir novos combustíveis contendo carbono que podem ser usados ​​em navios e motores existentes.

Os combustíveis de hidrocarbonetos produzidos a partir de eletricidade proveniente de fontes renováveis ​​ou nucleares são considerados “combustíveis eletrônicos”. São essencialmente versões sintéticas dos combustíveis fósseis líquidos com os quais estamos familiarizados. Estes combustíveis alternativos são densos em energia – quanto maior a densidade, mais energia pode ser armazenada e transportada para o mesmo volume – e ainda assim têm baixas emissões líquidas de carbono e podem, teoricamente, ser produzidos em qualquer lugar.

P: Como isso se aplica à Marinha dos EUA?

Fronte: Em aplicações em navios, a matéria-prima de hidrogénio para este combustível pode ser obtida a partir da água do mar através de eletrólise, enquanto a matéria-prima de dióxido de carbono pode ser capturada através de um sistema de bordo a partir da atmosfera, dos gases de escape ou também da água do mar. Assim, apoia a missão de descarbonização da Marinha, ao mesmo tempo que oferece um caminho para a produção distribuída e utilização de combustíveis alternativos, proporcionando uma vantagem logística.

Um aspecto importante a notar é que existe uma penalização energética pela captura de carbono, o que significa que utiliza energia para alimentar o equipamento, contribuindo potencialmente com emissões dependendo da fonte de energia. No entanto, a penalidade é menor se houver mais carbono para capturar. Os navios normalmente usam motores de turbina a gás para energia e propulsão, e é menos intensivo em energia capturar carbono dos gases de escape das turbinas a gás, onde o dióxido de carbono representa aproximadamente 5% a 15% dos gases de escape, do que diretamente da atmosfera, onde o dióxido de carbono normalmente representa cerca de 0,05%.

P: Como você planeja capturar o carbono da exaustão das turbinas?

Fronte: Os sistemas de captura de carbono mais maduros para aplicações terrestres utilizam soluções químicas para absorver o dióxido de carbono da atmosfera ou dos gases de escape, mas a utilização de captura de carbono de base química em navios não é ideal devido a preocupações de saúde e segurança. Neste projeto, separaremos o dióxido de carbono comprimindo, resfriando e expandindo os gases de exaustão para produzir diretamente dióxido de carbono congelado – gelo seco – a partir do fluxo de exaustão. Este sistema pode ser compacto, relativamente simples de operar e integrado em navios de guerra existentes e futuros.

Para promover uma captura mais eficiente, também exploraremos o uso da recirculação dos gases de escape (EGR), onde uma percentagem dos gases de escape é circulada de volta para a entrada para aumentar a concentração de dióxido de carbono. Esta tecnologia tem sido usada em motores comerciais de caminhões e automóveis há algum tempo, mas não tem sido amplamente aplicada em turbinas a gás, embora haja muito interesse.