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Title: Produção de hidrogénio verde por eletrólise para uso em processos produtivos
Author: Silva, Maria Luís Marques da
Advisor: Girão, Ana Violeta Oliveira Morais de Sousa
Neto, Miguel Ângelo da Costa
Keywords: Elétrodos BDD
Metodologia taguchi
Produção de hidrogénio verde
Eletrólise da água municipalizada
Janela de potencial elétrico
Resistência à corrosão
Defense Date: 2023
Abstract: Atualmente, o setor industrial encontra -se num ponto de transição energética, no qual se pretende implementar tecnologias de neutralidade carbónica, nomeadamente a tecnologia de hidrogénio verde. Este projeto de tese surge no âmbito desta temática, tendo como objetivo a produção de hidrogénio verde, a partir de eletrólise da água municipalizada da região de Aveiro, utilizando filmes finos de diamante dopado com boro (BDD) depositados sobre substratos de silício e quartzo, pela técnica de deposição química de vapor por filamento quente (HFCVD), seguindo a metodologia de Taguchi. A técnica de microscopia eletrónica de varrimento (MEV/SEM) e a análise de difração de raios-X (DRX/XRD) permitiu caracterizar a morfologia dos filmes BDD em estruturas microcristalinas, submicrocristalinas e nano cristalinas, dependentes das condições de deposição aplicadas. Através da espectroscopia de dispersão de Raman identificou-se a banda típica para o diamante, bem como a presença de grafite e a distorção da rede de diamante derivado da incorporação de boro. Por sua vez, na técnica de perfilometria ótica, observou-se que as amostras nanocristalinas exibiram uma rugosidade inferior em comparação com as amostras microcristalinas. Nas medidas de resistividade elétrica, aplicou-se o método de contacto de 2 pontos, no qual se constatou que a resistividade elétrica teórica se encontra dentro da gama de valores experimentais, sendo que as amostras nanocristalinas e microcristalinas revelaram uma resistividade reduzida e próxima entre si. A análise eletroquímica permitiu identificar as amostras que apresentaram um menor potencial elétrico de evolução de hidrogénio e elevada resistência à corrosão, ou seja, exibindo assim um maior potencial eletroquímico para a produção eficiente de hidrogénio verde. A análise de Taguchi permitiu identificar as condições experimentais para a deposição de filmes BDD com as propriedades mais adequadas para a eletrólise da água municipalizada e consequente produção de hidrogénio verde. Além disso, foi possível demonstrar a sustentabilidade do processo de eletrólise de água municipalizada sem a adição de eletrólitos, realizado à temperatura e pressão ambiente e pH quasi neutro.
Nowadays, the industrial sector is facing a point of energy transition which aims to introduce carbon neutrality technologies, especially green hydrogen technology. This thesis project appears in this context with the main goal of producing green hydrogen through electrolysis of tap water from the region of Aveiro by using thin films of boron doped diamond (BDD) deposited onto silicon and quartz substrates via Hot-Filament vapour deposition according to the Taguchi methodology. The scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray diffraction (XRD) techniques allow for the morphological characterization of BDD films in microcrystalline, submicrocrystalline and nanocrystalline structures, which are influenced by the deposition parameters of HFCVD. Through dispersive Raman spectroscopy we identify the typical band for diamond and the presence of graphite and lastly the distortion of the diamond lattice caused by boron incorporation. Then, in the optical profilometer it was possible to observe that the nanocrystalline samples exhibit lower roughness compared with the microcrystalline ones. Regarding the electrical measurements, we could conclude that the theoretical electrical resistivity of BDD films were in the range regarding the experimental electrical resistivity, being that the microcrystalline and nanocrystalline films exhibits low electrical resistivity. The electrochemical analysis enables us to identify the samples that showed the lowest electrical potential of hydrogen evolution and higher corrosion resistance, meaning that these samples exhibit better electrochemical performance to produce green hydrogen more efficiently. The Taguchi analysis allows us to find the experimental conditions for the deposition of BDD films with the most adequate properties for tap water electrolysis and consequent green hydrogen production. It was also possible to prove the sustainability of the tap water electrolysis process without the addition of electrolytes, whilst also being conducted in room temperature and pressure and quasi-neutral pH.
URI: http://hdl.handle.net/10773/40050
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEMaC - Dissertações de mestrado

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