Modelagem matemática da reforma a vapor do etanol

dc.contributor.advisor1Ribeiro, Marcelo Perencin de Arruda
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0381402687491195
dc.contributor.authorSgobi, Marcus Vinicius
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/5091119086062042
dc.contributor.refereeCruz, Antonio Jose Gonçalves
dc.contributor.refereeNucci, Edson Romano
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4274582376583918
dc.date.accessioned2026-06-16T18:12:15Z
dc.date.issued2026-04-23
dc.description.abstractThe historical global dependence on fossil fuels and the growing concern regarding the worsening of the greenhouse effect demand the diversification of the energy matrix towards more sustainable alternatives. In this scenario, hydrogen stands out as a promising energy vector due to its high energy density and the absence of greenhouse gas emissions during its use. Although current hydrogen production is dominated by fossil methane steam reforming, steam reforming of ethanol emerges as a new sustainable route. To make steam reforming of ethanol viable, supported catalysts, such as Nickel and Cobalt-based bimetallics, have shown great potential in inhibiting coke formation and increasing the H2 yield. However, the high chemical complexity of the ethanol molecule generates various parallel and consecutive reactions, which hinders the elucidation of the process kinetics. Based on this context, the present work proposed a reaction pathway and, from it, developed a phenomenological kinetic model capable of describing steam reforming of ethanol for hydrogen production. Using experimental screening data previously obtained by the research group, the study implemented and compared three different algorithms for the parametric fitting of the developed model: Non-Linear Least Squares, Simulated Annealing, and the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy. Before the parametric fitting, a thermodynamic analysis proved that the experimental screening tests operated far from equilibrium. The fitting results highlighted the limitations of traditional deterministic optimizations, emphasizing the robustness of the evolutive algorithm in bypassing local minima and performing uncertainty estimation through confidence intervals. Although the preliminary data were limited, they proved to be sufficient to estimate the initial kinetic parameters. These estimates were for the 4Co4Ni, 8Co,eng
dc.description.resumoA histórica dependência global de combustíveis fósseis e a crescente preocupação com o agravamento do efeito estufa demandam a diversificação da matriz energética rumo a alternativas mais sustentáveis. Nesse cenário, o hidrogênio se destaca como um vetor energético promissor graças à sua alta densidade energética e à ausência de emissões de gases de efeito estufa em seu uso. Embora a produção atual de hidrogênio seja dominada pela reforma a vapor do metano fóssil, a reforma a vapor do etanol desponta como uma nova rota sustentável. Para viabilizar a reforma a vapor do etanol, catalisadores suportados, como os bimetálicos à base de Níquel e Cobalto, têm demonstrado grande potencial na inibição da formação de coque e no aumento do rendimento de H2. No entanto, a alta complexidade química da molécula de etanol gera variadas reações paralelas e consecutivas, o que dificulta a elucidação da cinética para o processo. Com base neste contexto, o presente trabalho propôs uma rota reativa e a partir dela foi desenvolvido um modelo cinético fenomenológico capaz de descrever a reforma a vapor do etanol para produção de hidrogênio. A partir de dados experimentais de triagem obtidos previamente pelo grupo de pesquisa, o estudo implementou e comparou três diferentes algoritmos para o ajuste paramétrico do modelo desenvolvido: Mínimos Quadrados Não-Lineares, Recozimento Simulado e a Estratégia Evolutiva de Adaptação da Matriz de Covariância. Antes do ajuste paramétrico, uma análise termodinâmica comprovou que os ensaios experimentais de triagem operavam distantes do equilíbrio. Os resultados dos ajustes evidenciaram as limitações das otimizações determinísticas tradicionais, destacando a robustez do algoritmo evolutivo em contornar mínimos locais e realizar a estimação das incertezas através de intervalos de confiança. Embora os dados preliminares tenham sido limitados, eles provaram ser suficientes para estimar os parâmetros cinéticos iniciais. Essas estimativas foram feitas para os catalisadores 4Co4Ni, 8Co e 8Ni e resultaram num valor de R2 superior a 0.95 para a conversão de etanol em todos os casos.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId174865/2022-4, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipId001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationSGOBI, Marcus Vinicius. Modelagem matemática da reforma a vapor do etanol. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24244.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24244
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectProdução de hidrogêniopor
dc.subjectModelagem fenomenológicapor
dc.subjectCinética químicapor
dc.subjectAjuste paramétricopor
dc.subjectCMA-ESpor
dc.subjectEthanol steam reformingeng
dc.subjectEthanol steam reformingeng
dc.subjectHydrogen productioneng
dc.subjectPhenomenological modelingeng
dc.subjectChemical kineticseng
dc.subjectParametric fittingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleModelagem matemática da reforma a vapor do etanolpor
dc.title.alternativeMathematical modeling of ethanol steam reformingeng
dc.typeDissertação

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