A ciência por trás de um sistema de dutos mais limpo e ecológico

May 29, 2023

Os investigadores do Laboratório Nacional de Los Alamos estão a relatar que a modelação matemática pode mostrar como misturar com segurança hidrogénio com gás natural para transporte em sistemas de gasodutos existentes. Uma transição segura e fiável para o hidrogénio é uma das soluções propostas para a mudança para uma economia com zero emissões líquidas de carbono.

Anatoly Zlotnik, coautor de um novo artigo sobre modelagem na revista PRX Energy. Zlotnik, matemático do Laboratório Nacional de Los Alamos, tem experiência em modelagem, projeto e controle de sistemas de transmissão de energia e explicou brevemente: “Misturar hidrogênio em um gasoduto de gás natural muda a forma como os gases fluem, o que criará novas condições para os operadores. Nossa modelagem mostra que a injeção gradual de hidrogênio em uma rede de gasodutos de gás natural permite operações seguras e previsíveis.”

De acordo com o artigo, Zlotnik e seus colegas de Los Alamos usaram equações diferenciais parciais não lineares para desenvolver o modelo para o transporte de misturas heterogêneas de gás natural e hidrogênio através de sistemas de gasodutos. A modelação da infraestrutura inclui unidades compressoras e reguladoras, estações de abastecimento que injetam gás na rede a pressão definida e misturas de hidrogénio e estações de escoamento que retiram a mistura da rede.

Resolvendo desafios para a operação de dutos

O transporte de hidrogénio nas redes existentes de gasodutos de gás natural permitiria aos operadores maximizar a utilidade destas instalações extensas e dispendiosas como parte de uma estratégia para reduzir a emissão de combustíveis fósseis que emitem carbono. O hidrogénio é muito mais leve que o gás natural, que é maioritariamente metano, pelo que a sua mistura desafia a operação dos gasodutos de novas formas.

A modelagem matemática da equipe de Los Alamos determinou que limitar a taxa de variação da injeção de hidrogênio em um gasoduto de gás natural evitará mudanças grandes e rápidas nas pressões. Os métodos da equipe para simular uma rede de dutos poderiam permitir que as operadoras desenvolvessem padrões sobre taxas de injeção.

O hidrogênio oferece diversas vantagens como combustível limpo que não emite dióxido de carbono. Numa célula de combustível, o hidrogénio e o oxigénio criam eletricidade para alimentar carros, camiões e instalações. O hidrogênio também pode ser misturado ao gás natural para uso em eletrodomésticos como fornos domésticos e secadores, ou pode ser queimado para abastecer instalações de fabricação ou gerar eletricidade.

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Ter em mãos um método para lidar com as variações de pressão que ocorrem ao bombear o hidrogênio muito leve em um gás mais pesado é uma melhoria crítica. Um sistema de mistura de gases parece ser uma ideia muito boa.

Resta o problema da fragilização por hidrogênio do aço. Também não é um problema pequeno. O hidrogênio sob pressão em um simples recipiente de aço simplesmente penetra no aço, assim como o hidrogênio parece penetrar em quase tudo quando contido sob pressão. Para obter volumes apreciáveis, a pressão precisa ser bastante alta. Com o tempo, o hidrogênio simplesmente torna o aço uma liga de hidrogênio frágil e pode se fragmentar facilmente. Altas pressões em um vaso fragmentável oferecem uma possibilidade bastante desagradável.

Seria realmente melhor ligar o hidrogénio a algum carbono e cortar ou eliminar a pressão e a destruição dos recipientes de armazenamento com as possíveis consequências.

Por Brian Westenhaus via Nova Energia e Combustível

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