O transporte de mercadorias constitui a base das atuais cadeias de abastecimento distribuídas globalmente, e o transporte rodoviário de longo curso é um elo central e crítico neste sistema complexo. Para cumprir as metas climáticas em todo o mundo, é necessário desenvolver soluções descarbonizadas para substituir os grupos motopropulsores a diesel, mas dado o papel indispensável e vasto do transporte rodoviário, estas soluções devem ser economicamente viáveis ??e práticas de implementar. Embora as opções baseadas no hidrogénio, como alternativa ao diesel, tenham potencial para se tornarem uma estratégia de descarbonização promissora, o hidrogénio tem limitações significativas quando se trata de entrega e reabastecimento.

Esses obstáculos, combinados com o atraente potencial de descarbonização do hidrogênio, foram o que motivou uma equipe de pesquisadores do MIT liderada por William H. Green, professor Hoyt Hottel em Engenharia Química, para explorar uma maneira econômica de transportar e armazenar hidrogênio usando transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs). A equipa está a desenvolver uma tecnologia disruptiva que permite aos LOHC não só entregar o hidrogénio aos camiões, mas também armazená-lo a bordo.

Suas descobertas foram publicadas recentemente na Energy and Fuels , um jornal revisado por pares da American Chemical Society, em um artigo intitulado “ Perspectiva sobre a descarbonização de caminhões de longa distância usando a desidrogenação a bordo de transportadores de hidrogênio orgânico líquido ”. A equipe do MIT é liderada por Green e inclui os estudantes de pós-graduação Sayandeep Biswas e Kariana Moreno Sader. Sua pesquisa é apoiada pelo Consórcio de Clima e Sustentabilidade do MIT (MCSC) por meio de seu programa Seed Awards e MathWorks, e está vinculada ao trabalho dentro da área de foco de Modos de Transporte Difíceis do MCSC.

Atualmente, os LOHC, que funcionam dentro da infraestrutura existente de distribuição de combustível a retalho, são utilizados para fornecer gás hidrogénio às estações de reabastecimento, onde é depois comprimido e entregue em camiões equipados com células de combustível de hidrogénio ou motores de combustão.

“Esta abordagem atual incorre em perdas significativas de energia devido à liberação e compressão endotérmica de hidrogênio na estação de varejo”, diz Green. “Para resolver isso, nosso trabalho está explorando uma aplicação mais eficiente, com caminhões movidos a LOHC com desidrogenação a bordo.”

Para implementar tal projeto, a equipe pretende modificar o trem de força do caminhão (o sistema dentro de um veículo que produz a energia para impulsioná-lo para frente) para permitir a liberação de hidrogênio a bordo dos LOHCs, usando o calor residual do escapamento do motor para alimentar a “desidrogenação”. " processo.

 

O processo de desidrogenação acontece dentro de um reator de alta temperatura, que recebe continuamente LOHCs ricos em hidrogênio do tanque de armazenamento de combustível. O hidrogênio liberado do reator é alimentado ao motor, depois de passar por um separador para remover qualquer LOHC remanescente. No caminho para o motor, parte do hidrogênio é desviado para um queimador para aquecer o reator, o que ajuda a aumentar o aquecimento do reator fornecido pelos gases de escape do motor.

O artigo da equipa sublinha que as utilizações atuais do hidrogénio, incluindo os sistemas LOHC, para descarbonizar o sector dos transportes rodoviários têm desvantagens. Independentemente das melhorias técnicas, estas opções existentes continuam a ser proibitivamente caras devido ao elevado custo da entrega de hidrogénio a retalho.

“Apresentamos uma opção alternativa que aborda muitos dos desafios e parece ser uma forma viável de utilizar o hidrogénio neste contexto de transporte”, diz Biswas, que foi recentemente eleito para a Martin Family Society of Fellows for Sustainability for Sustainability do MIT. seu trabalho nesta área. “O hidrogénio, quando utilizado através de LOHCs, tem benefícios claros para viagens de longo curso, tais como escalabilidade e tempo de reabastecimento rápido. Há também um enorme potencial para melhorar a entrega e o reabastecimento para reduzir ainda mais os custos, e o nosso sistema está trabalhando para fazer isso.”

“A utilização do hidrogênio é uma opção acessível globalmente e que pode ser estendida a países como aquele de onde venho”, diz Moreno Sader, natural da Colômbia. “Uma vez que tem sinergia com a infraestrutura existente, não são necessários grandes investimentos iniciais. A aplicabilidade global é enorme.”

Moreno Sader é MathWorks Fellow e, junto com o restante da equipe, tem utilizado ferramentas MATLAB para desenvolver modelos e simulações para este trabalho.

A descarbonização dos modos de transporte, incluindo o transporte rodoviário de longa distância, requer conhecimentos e perspectivas de diferentes indústrias — uma abordagem que está em sintonia com a missão do MCSC .

A pesquisa inovadora da equipe sobre caminhões movidos a LOHC está entre vários projetos apoiados pelo MCSC dentro de sua área de foco de Modos de Transporte Difíceis, liderado pela bolsista de pós-doutorado Impact Danika MacDonell . Os projetos apoiados pelo MCSC foram escolhidos para enfrentar um conjunto complementar de desafios socialmente importantes e relevantes para a indústria para a descarbonização do transporte pesado, que abrangem uma série de setores e caminhos de soluções. Outros projetos centram-se, por exemplo, na otimização logística para frotas de transporte eletrificado ou na qualidade do ar e nos impactos climáticos do transporte marítimo movido a amoníaco.

O MCSC trabalha para apoiar e ampliar o impacto destes projetos, envolvendo as equipes de pesquisa com parceiros da indústria de diversos setores.. Além disso, o MCSC prossegue uma abordagem multissectorial colectiva para descarbonizar os transportes, facilitando a aprendizagem partilhada entre os diferentes projectos através de discussões regulares entre equipas.

A pesquisa liderada por Green celebra esse tema intersetorial ao integrar ferramentas de computação líderes do setor fornecidas pela MathWorks com desenvolvimentos de ponta em engenharia química, bem como demonstrações de reatores comerciais LOHC líderes do setor, para construir uma visão atraente para soluções econômicas. Transporte rodoviário movido a LOHC.

A revisão e pesquisa conduzida no setor de Energia e Combustíveis. Este artigo estabelece as bases para futuras investigações sobre o projeto de caminhões movidos a LOHC. O desenvolvimento de tal veículo – com um sistema de liberação de hidrogênio a bordo potente, eficiente e robusto – requer investigações dedicadas e otimização adicional dos componentes principais voltados especificamente para a aplicação de transporte rodoviário.