Paula Rodrigues – INESCTEC

• Nome do projeto:
Developing Low and Zero Carbon Solutions using NetMIX technologies

• Descrição do projeto:
O CoLAB Net4CO2 visa o desenvolvimento de diferentes soluções para sistemas de energia de baixo carbono ou neutras em carbono, apoiando diferentes indústrias a atingirem a adoção da neutralidade carbónica até 2050, cumprindo, assim, as metas definidas no Acordo de Paris. A ação do CoLAB assenta em três grandes dimensões estratégicas: separação e captura de CO2, utilização e mitigação de CO2, e transporte e armazenamento geológico de CO2. Cada uma das dimensões engloba diferentes soluções tecnológicas, conforme representado na Figura 1.

As instalações do MACC foram o local escolhido para simular a dinâmica de fluidos computacional (CFD) em 2D e 3D (com recurso a Ansys Fluent), com vista à compreensão e à otimização de dispositivos utilizados em três processos:

1. captura de dióxido de carbono através da formação de hidrato;
2. utilização de dióxido de carbono através de combustíveis sintéticos (metanol, hidrocarbonetos líquidos através do processo de Fischer-Tropsch, e metano)
3. combustão de hidrogénio.

Estes processos baseiam-se na tecnologia NetMIX, desenvolvida na Universidade do Porto, em 2004, que consiste numa rede de câmaras de mistura interconectadas por canais de transporte, onde os fluidos fluem num movimento oscilatório autossustentado, com um desempenho excecional em termos de transferência de calor e de massa. Estes aspetos são essenciais para uma eficaz dissipação do calor provocado pela reação, de forma a manter a estabilidade dos hidratos, a evitar a ocorrência de pontos quentes/frios em reatores de produção de combustíveis sintéticos ou combustores a hidrogénio, e a garantir um contato eficaz entre diferentes fases e espécies. Além disso, no interior das câmaras, o padrão de fluxo permite um efeito de varrimento das paredes, que poderá reduzir diferentes mecanismos de desativação de catalisadores, um obstáculo comum no desenvolvimento de catalisadores para a utilização de dióxido de carbono.

Estas características de fluxo, juntamente com a presença de múltiplas fases e a ocorrência de reações (algumas delas com elevada velocidade cinética), requerem um desempenho computacional elevado para que a simulação seja efetuada em períodos de tempo razoáveis. Assim, as instalações do MACC assumem um papel importante no desenvolvimento deste projeto. Estima-se que, em alguns casos, o tempo necessário para a simulação reduz de meses para dias.

O vídeo apresenta os resultados obtidos para uma simulação CFD multifásica (direita), juntamente com a observação experimental (esquerda) correspondente. Estas simulações exigiram cerca de 5,33 CPU/h. Até setembro de 2021, o Net4CO2 utilizou 87% de 1,024 M de CPU.