Título do projecto
Propriedades de Transporte e Aplicações Electroquímicas de Nanomateriais à Base de Céria

Descrição
Neste projecto serão apresentados Novas Membranas Cerâmicas para Produção de Gás de Síntese.

Objectivos
Gás natural e bio gás podem ser transformados em combustíveis ou químicos de valor acrescentado através da sua conversão e síntese (CO/H2). A tecnologia emergente é baseada na utilização de materiais cerâmicos, condutores mistos (MCM), num processo de separação de oxigénio, “steam reforming” e oxidação parcial de metano (POM). Assim, torna-se possível diminuir os consumos energéticos, os preços de produção de químicos de valor acrescentado, e emissões de gases poluentes como NOx. Adicionalmente membranas são 100% selectivas para O2 devido ao mecanismo de transporte iónico e possuem permeabilidade para O2 relativas elevada. O problema principal associado ao desenvolvimento desta tecnologia revolucionária é o desconhecimento de MCM com um conjunto de propriedades adequadas, como resistência mecânica, estabilidade e permeabilidade para O2 elevadas nas condições de trabalho e boa actividade catalítica para a POM. A investigação deste projecto incidirá sobre o desenvolvimento de novos MCM para membrana dea processos POM que prometam viabilidade económica. Será dado ênfase a cerâmicos de Sr-Fe-Al-O, possuindo principalmente componentes com estrutura do tipo perovesquite. Estudos recentes mostraram que a conversão de metano sobre este tipo de perovesquite origina gás de síntese com uma razão H2/CO quase ideal. Dentro da família dos óxidos contendo metais de transição tipicamente activos para a combustão do metano, este é um resultado único e pode estar relacionado com alguns estados esperados dos catiões de ferro nas camadas superficiais. As fases de Sr-Fe-Al-O possuem ainda uma permeabilidade para oxigénio significativa e uma estabilidade termodinâmica, tornando estes materiais candidatos promissores para o desenvolvimento de MCM.

O trabalho neste projecto envolve 4 linhas de acção principais que seguirão o plano abaixo especificado.

• A. Optimização da composição, processos e micro estrutura das membranas cerâmicas para obter capacidade máxima de transporte iónico, custos baixos, elevadas velocidades de permuta de oxigénio em condições oxidantes e redutoras e propriedades termo mecânicas aceitáveis.
  
• B. Estudos experimentais e de modelação da composição de fases, estado de oxidação dos catiões de ferro e fenómenos de transporte em função do potencial químico do oxigénio com vista à descoberta de factores determinantes para a obtenção de boa actividade catalítica da reacção POM, e à previsão da composição do catião e condições experimentais que contribuem para uma actividade máxima.
• C. Estudar processos de oxidação de metano em reactores de membranas, estudo dos mecanismos reaccionais, e modificação de microestruturas cerâmicas densas possuindo múltiplas camadas de catalisador com o objectivo de atingir rendimentos de gás de síntese suficiente e viabilidade económica do processo.
• D. Avaliação dos reactores de membranas para a utilização de bio gás: estudo das propriedades catalíticas e estabilidade em atmosferas ricas em CO2.

Entidades Parceiras
Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e compósitos da Universidade de Aveiro e Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto politécnico de Viana do castelo.

Responsável
Prof. Doutor João Abrantes

Programa financiador
POCTI

Duração
36 Meses