Aspectos técnicos, econômicos e ambientais de um sistema de cogeração de célula a combustível de óxido sólido (SOFC) operando com biogás - Gomes, Leonardo Rodrigues (2020)
As Células de Combustível de Óxido Sólido (SOFC’s) são consideradas promissoras e estão ganhando relevância no setor de energia devido à sua alta eficiência e baixas emissões quando operam com biocombustíveis. A combinação de recursos traz vantagens exclusivas para esse tipo de célula de combustível, incluindo, flexibilidade no projeto de células, processos de fabricação e aplicações de usinas de energia. A flexibilidade na projeção de diferentes combinações de plantas podem envolver por exemplo, trocadores de calor, turbina a gás, turbina a vapor, gaseificador, entre outros dispositivos. O objetivo deste trabalho foi analisar um sistema de cogeração, o qual utiliza uma SOFC de 100 kW para geração de eletricidade e trocadores de calor para a geração de água quente a 60 ºC, sob três aspectos: energético, econômico e ambiental. O biogás que alimenta o sistema passa por um processo de reforma interna a vapor que ocorre na própria célula a combustível, com a finalidade de produzir um gás de síntese rico em hidrogênio. Trocadores de calor são acoplados no sistema para reaproveitar a energia dos gases de exaustão. O sistema apresentou eficiência global de 94,5%, conforme à primeira Lei da Termodinâmica. Quanto à viabilidade econômica, baseada nas correntes de exergia, foram realizadas análises com alguns cenários de investimento em que variaram o custo de aquisição da célula e também as taxas de juros. Na hipótese de o custo o investimento da SOFC ser de 2.000 US$/kW, o períodos de amortização são pouco maiores que 4 anos, nas três hipóteses de juros consideradas. Ao considerar o cenário em que o custo é de 4.500 US$/kW, os retornos dos investimentos se dão em pouco mais de 8 anos. E na hipótese em que o custo é de 7.000 US$/kW, não houve retorno dos investimentos dentro do período avaliado. Sob o ponto de vista ambiental, a eficiência ecológica do sistema é de 94,2% para todos poluentes emitidos pelo sistema. Se for desconsiderado o CO2 presente no biogás que alimenta a planta, a eficiência ecológica aumentou para de 95,9%.