Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / A implantação de novas tecnologias para produção e armazenamento de energia limpa de modo eficiente, de química elevada, sustentável e de baixo custo, esta cada vez mais em evidência devido a estudos e previsões de crises energéticas no mundo todo. Uma alternativa para este problema são as células a combustíveis (CC), que são dispositivos eletroquímicos que consomem hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade - cujo estudo e produção são promissores. Este estudo apresenta a preparação e caracterização eletroquímica de membranas poliméricas de poli-{estireno co-ácido acrílico} sulfonado (PSAAS) e não sulfonado (PSAA) para aplicação em CC de membranas poliméricas (PMFC). Os copolímeros utilizados foram preparados na relação de 92:8, seguido por sulfonação com H2SO4, aumentando a eficiência, versatilidade, hidrofilicidade e condutividade da membrana polimérica. Eletrodos de Pt || PSAA e Pt || PSAAS foram preparados por casting a partir de uma solução de polímero depositada sobre a sua superfície. Os filmes poliméricos foram caracterizados por voltametria cíclica e espectroscopia de impedância electroquímica em meio ácido e neutro. Os voltamogramas cíclicos foram registrados em 0,5 mol.dm-3 em solução de H2SO4 e em 0,1 mol.dm-3 em solução de KCl, onde foi observada a presença de processos redox atribuídos à íons H+. A caracterização morfológica dos filmes foi realizada por meio de microscopia de força atômica, onde os filmes de PSAA e PSAAS apresentaram diferenças morfológicas, sendo que o PSAAS possui menos irregularidades e é visivelmente mais plano. A caracterização espectroscópica comprovou a presença de grupos funcionais característicos para o poli-{estireno co-ácido acrílico} sulfonado por meio das bandas 3500-3100, 2930, 1658, 1400-1000, 1400-1290, 1190-1120, 1182 e 1000 cm-1. Os espectros eletrônicos do filme PSAAS em pH 2.0 e 10.0 apresentaram _máx em 427 e 486nm. Por meio dos resultados, foi possível mostrar que as membranas de PSAAS são materiais poliméricos eletroativos e que podem ser usadas como célula a combustível de membrana permeável devido sua considerável condutividade protônica, diferentemente das membranas produzidas com PSAA que apresentaram pouca permeabilidade e menor condutividade.

Com a crescente demanda por energia renovável e proteção ambiental, a tecnologia de digestão anaeróbica para a produção de biogás tem atraído atenção considerável em torno do mundo. A digestão anaeróbica é um processo biológico que converte a matéria orgânica em um gás rico, o metano. É uma tecnologia bem estabelecida para o tratamento de resíduos e efluentes com alto conteúdo orgânico, provenientes de processos industriais e atividades domésticas. Neste estudo, a vinhaça, um subproduto da indústria sucroalcooleira e o efluente lácteo, subproduto da indústria de laticínios, foram avaliados para produção de biogás em reator UASB. Os efluentes orgânicos usados neste trabalho foram coletados a partir de indústrias de grande porte, localizadas no Brasil e Alemanha. Para a digestão anaeróbica da vinhaça e do efluente láctico foi utilizado um reator do tipo UASB em escala laboratorial, temperatura mesofílica e com capacidade de 87 L. Para digestão da vinhaça, o reator UASB operou durante 15 dias, com COV de 2 Kg DQO m-3 d-3 e TDH de 11,5 dias. Os resultados obtidos mostraram um bom funcionamento do reator UASB aplicado a vinhaça. Este estudo obteve-se uma eficiência de remoção de DQO de 71% e volume de biogás acumulado de 1160 litros com concentração de metano em torno de 48 a 57 %. Para a biodigestão do efluente lácteo, o reator UASB operou durante 51 dias. A eficiência do reator a partir da taxa de carga orgânica de 6 Kg COD m-3 d-3 e tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11,8 foi estudada e seu desempenho foi avaliado pelo monitoramento do pH, DQO, relação de alcalinidade FOS/TAC e produção de biogás. Observou- se a eficiência de remoção de DQO em 71,3 %. O pH do reator foi verificado entre 7.0-7.3 e o valor de FOS/TAC entre 0,129-0,152. A produção média de biogás foi observada em 85,8 litros por dia, e o volume específico de biogás entre 0,46-0,71 L /g DQO por dia. O conteúdo de metano no biogás produzido, apresentou o valor máximo e mínimo em 56,6 % e 40 %, respectivamente / With the rising demand for renewable energy and environmental protection, anaerobic anaerobic digestion technology for biogas production has attracted considerable attention around the world. Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas. It is a well established technology for the treatment of waste and effluents with high organic content, from industrial processes and domestic activities. In this study, vinasse, a by-product of the sugar and alcohol industry and dairy effluent, a by-product of the dairy industry, were evaluated for biogas production in a UASB reactor. The organic effluents used in this work were collected from large industries located in Brazil and Germany. For the anaerobic digestion of the vinasse and the lactic effluent, a UASB reactor UASB was used in laboratory scale, with a mesophilic temperature and with a capacity of 87 L. For digestion of the vinasse, the UASB reactor operated for 15 days, with COV of 2 Kg COD m-3 d-3 and TDH of 11.5 days. The results obtained in this study showed a good functioning of the UASB reactor applied to vinasse. This study yielded a COD removal efficiency of 71% and an accumulated biogas volume of 1160 liters with a methane concentration of around 48 to 57%. For the digestion of dairy effluent, the UASB reactor operated for 51 days. The efficiency of the reactor from the organic loading rate of 6 kg COD m-3 d-3 and hydraulic holding time (TDH) of 11.8 was studied and its performance was evaluated by monitoring pH, COD, alkalinity ratio FOS / TAC and biogas production. The efficiency of COD removal was observed in 71.3%. The pH of the reactor was verified between 7.0-7.3 and the FOS / TAC value between 0.129-0.152. The average biogas production was observed at 85.8 liters per day, and the specific biogas volume was between 0.46-0.71 L / g COD per day. The methane content in the produced biogas, the maximum and minimum value was observed in 56.6% and 40%, respectively.

The search for renewable sources of energy sets the sugarcane as important energy sources. The bagasse generation of this input shows a high potential for the production of sustainable energy waste. Aiming to make better use of this product, this study evaluated the anaerobic production of biogas generated by bagasse from sugarcane when used as chicken excreta inoculum in experimental anaerobic reactors batelados type. six reactors, divided into two treatments were used. The first consists of bagasse sugarcane in natura (03 reactors) and the second consisting of bagasse sugarcane treated with NaOH (03 reactors). In both treatments are used as inoculum chicken excreta. The time, in days, of reading the generated gas was 54 days. It was observed that the potential energy of sugarcane bagasse had the point of greatest methanogenic activity approximate days in the twenty-fifth and twenty-sixth, respectively for each treatment, Treatment 2, obtained the best result, producing double CH4 methane in virtually the same time period. / A busca por fontes renováveis de energia estabelece a cana-de-açúcar como importante matriz energética. A geração de bagaço deste insumo revela um resíduo de alto potencial para a produção de energia sustentável. Objetivando um melhor aproveitamento deste produto, esta pesquisa avaliou a produção anaeróbia do biogás gerado pelo bagaço da cana-de-açúcar quando utilizado como inóculo excretas de frango, em reatores anaeróbicos experimentais do tipo batelados. Foram utilizados seis reatores, divididos em dois tratamentos. O primeiro composto por bagaço de cana-de-açúcar in natura (03 reatores) e o segundo composto por bagaço de cana-de-açúcar tratado com NaOH (03 reatores). Em ambos os tratamentos utilizou-se excretas de frangos como inóculo. O tempo, em dias, de leitura dos gases gerados foi de 54 dias. Foi observado que os potenciais energéticos do bagaço de cana-de-açúcar tiveram como ponto de maior atividade metanogênica os dias aproximados em vigésimo quinto e vigésimo sexto, respectivamente para cada tratamento e, o tratamento 2, obteve um melhor resultado, produzindo o dobro de gás metano CH4 em, praticamente, mesmo período de tempo.

Submitted by Morgana Silva (morgana_linhares@yahoo.com.br) on 2016-07-01T17:17:42Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2571818 bytes, checksum: 5690823d122384dae8cb3b71bce77074 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-01T17:17:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2571818 bytes, checksum: 5690823d122384dae8cb3b71bce77074 (MD5) Previous issue date: 2014-10-23 / The modern way of life requires a continuous increase in energy use, to the sphere of production or to the consumption, but it has a great impact on the environment due to pollution generated by energy production. Thus, the regulation of the energy sector should consider one trilemma involving low costs, energy security (continuity and independence) and environmental preservation. In this line, this study aims to determine the level of regulatory importance of the principle of environmental protection established in the constitutional chapter of economic order, through the Program of Incentives for Alternative Electricity Energy Sources (PROINFA), for this it was studied most theories of regulation and the economics tools used in the international arena to stimulate alternative energy sources. To facilitate a strategic analysis, game theory has been used to integrate international and domestic relations in regulating the electricity sector. Thus, it was concluded that the Brazilian regulatory model does not prioritize environmental preservation, but it is a good choice to solve the games of energy, stimulating a sustainable energy matrix. / O padrão de vida da sociedade moderna exige um contínuo aumento do uso de energia, seja para a esfera da produção ou do consumo, tendo um grande impacto no meio ambiente devido à poluição gerada pela produção energética. Desta forma, a regulação do setor energético deve ponderar um trilema que envolve o baixo custo da energia, a segurança energética (continuidade e independência) e preservação ambiental. Nesta linha, o presente estudo objetiva averiguar o nível de importância regulatória do princípio da preservação ambiental disposto no capítulo constitucional da ordem econômica, através do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA), para isto, foram abordadas as teorias da regulação e as ferramentas econômicas utilizadas no cenário internacional para estimular fontes alternativas de energia. Para facilitar a análise estratégica, foi utilizada a teoria dos jogos para integrar as relações internacionais e do mercado interno na regulação do setor elétrico. Desta forma, concluiu-se que o modelo regulatório brasileiro não prioriza a preservação ambiental, mas é uma boa escolha para resolver os jogos de energia, estimulando uma matriz energética sustentável.

Com a crescente busca por energia sustentável os países do mundo lutam para dominar tecnologias cada vez mais novas nesse mercado competitivo. Nesse âmbito a geração distribuída tem alavancado a maioria das novas pesquisas para geração ou cogeração de energia elétrica. Neste trabalho são propostos dois reatores de hidrogênio para operação de células combustíveis. A geração de hidrogênio de ambos os reatores ocorrerá por meio da reação entre água e alumínio assistido por hidróxido de sódio. Estudaram-se diversas variáveis acerca desta reação, sobretudo, a influência da temperatura e a concentração de hidróxido de sódio. Houve uma investigação dos aspectos sustentáveis do reator, evidenciando a importância industrial do resíduo do reator e a sua não degradação ambiental, bem como a possibilidade do uso de latas de alumínio vazias para a produção de hidrogênio para utilização em um PEMFC. / With the growing search for sustainable energy countries around the world struggle to dominate more and more new technologies in this competitive market. In this context distributed generation has leveraged most new research to generation or cogeneration of electricity. This paper proposes two reactors hydrogen fuel cell operation. The hydrogen generation from both reactors occurs by reaction between water and aluminium assisted by sodium hydroxide. They were studied on different variables of this reaction mainly the influence of the temperature and the concentration of sodium hydroxide. There was an investigation of sustainable aspects of the reactor, indicating the importance of the industrial reactor and its non-residue environmental degradation, as well as the possible use of empty aluminium cans for producing hydrogen for use in a PEMFC.

Com a crescente busca por energia sustentável os países do mundo lutam para dominar tecnologias cada vez mais novas nesse mercado competitivo. Nesse âmbito a geração distribuída tem alavancado a maioria das novas pesquisas para geração ou cogeração de energia elétrica. Neste trabalho são propostos dois reatores de hidrogênio para operação de células combustíveis. A geração de hidrogênio de ambos os reatores ocorrerá por meio da reação entre água e alumínio assistido por hidróxido de sódio. Estudaram-se diversas variáveis acerca desta reação, sobretudo, a influência da temperatura e a concentração de hidróxido de sódio. Houve uma investigação dos aspectos sustentáveis do reator, evidenciando a importância industrial do resíduo do reator e a sua não degradação ambiental, bem como a possibilidade do uso de latas de alumínio vazias para a produção de hidrogênio para utilização em um PEMFC. / With the growing search for sustainable energy countries around the world struggle to dominate more and more new technologies in this competitive market. In this context distributed generation has leveraged most new research to generation or cogeneration of electricity. This paper proposes two reactors hydrogen fuel cell operation. The hydrogen generation from both reactors occurs by reaction between water and aluminium assisted by sodium hydroxide. They were studied on different variables of this reaction mainly the influence of the temperature and the concentration of sodium hydroxide. There was an investigation of sustainable aspects of the reactor, indicating the importance of the industrial reactor and its non-residue environmental degradation, as well as the possible use of empty aluminium cans for producing hydrogen for use in a PEMFC.