Otimização de transportadores de oxigênio à base de manganês para recirculação química através de análise bibliométrica, aprendizado de máquinas e validação experimental
dc.contributor.advisor | Melo, Dulce Maria de Araújo | |
dc.contributor.advisor-co1 | Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-9845-2360 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3318871716111536 | pt_BR |
dc.contributor.author | Silva, Arivonaldo Bezerra da | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/8652856826234500 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Pergher, Sibele Berenice Castella | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5249001430287414 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Albuquerque, Dener da Silva | |
dc.contributor.referees3 | Santiago, Rebecca Araújo Barros do Nascimento | |
dc.date.accessioned | 2024-03-04T19:47:05Z | |
dc.date.available | 2024-03-04T19:47:05Z | |
dc.date.issued | 2024-01-30 | |
dc.description.abstract | Anthropogenic emissions of CO2 into the Earth's atmosphere, mainly by thermal power generation industries and means of transportation, are the main causes of global warming. As such, carbon capture and storage (CCS) technologies have emerged as a very interesting alternative, since they use fossil fuels to generate energy with low or zero CO2 emissions into the atmosphere. Chemical Looping (CL) technologies have therefore emerged as promising options for the thermal energy generation sectors, since they can capture CO2 with a low energy penalty and low cost. However, for these technologies to perform properly, the oxygen carrier (OC) must be chosen appropriately. Manganese-based oxygen carriers are very interesting because they are environmentally safe and low cost. In this way, this master's thesis aims to determine optimized manganese-based oxygen carriers for application in chemical recirculation processes using bibliometric analysis, machine learning algorithms and an experimental validation. VOSviewer, Excel and Web of Science were used to carry out the bibliometric analysis of the 65 articles in the portfolio selected using the Proknow-C method. The Random Forest and XGBoost polynomial regression algorithms were used to process the data from the portfolio articles using machine learning. In the experimental validation, the microwave combustion method was used to synthesize only one OC indicated by machine learning, due to the short time to carry out the experimental part. XRD, SEM, EDS and TG analyses were carried out to characterize the OC. The bibliometric analysis contributed to the optimization of the physicochemical properties of oxygen carriers, since it considered the influence of the type of active phase and the support in reactivity tests, oxygen transport capacity, friction rate and agglomeration in continuous fluidized bed reactors in CL processes. With regard to the processing of the data in Machine Learning, it was found that the data relating to Oxygen Carrying Capacity (Roc) fitted the Random Forest and XGBoost regression models very well, with highly accurate predictions, so it was possible to determine three oxygen carriers that have good oxygen carrying capacity and good mechanical resistance: OC_MnFe, OC_MnFeTi and OC_MnMg. Based on OC_MnMg, sample S-MgMn was synthesized, with active phase MgMn2O4 and inert phase MgO. It was found that the sample's Roc values were 7.95 wt% in the first redox cycle, 8.09 wt% in the second redox cycle and 8.14 wt% in the third redox cycle, falling within the Roc range stipulated by Machine Learning for Chemical Looping Combustion processes (Roc between 6.5 and 8.2 wt%). Finally, the sample was very reactive with H2 and air and could be considered a promising material for application in Chemical Looping Combustion technology and its reactivity with other types of fuel (e.g. CH4, CO, coal) should be studied. | pt_BR |
dc.description.resumo | As emissões antropogênicas de CO2 para a atmosfera terrestre, principalmente pelas indústrias de geração de energia térmica e meios de transporte, são as principais causas do aquecimento global. Sendo assim, as tecnologias de captura e armazenamento de carbono (CAC) surgem como uma alternativa muito interessante, uma vez que utilizam os combustíveis fósseis para gerar energia com baixa ou zero emissão de CO2 para a atmosfera. Desse modo, as tecnologias de Recirculação Química (RQ) surgiram como opções promissoras para os setores de geração de energia térmica, uma vez que conseguem capturar o CO2 com baixa penalidade energética e baixo custo. No entanto, para um adequado desempenho dessas tecnologias é necessário escolher de forma adequada o transportador de oxigênio (TO). TOs à base de manganês são muito interessantes, pois são ambientalmente seguros e de baixo custo. Desta maneira, essa dissertação de mestrado tem como objetivo determinar transportadores de oxigênio otimizados à base de manganês para aplicação em processos de recirculação química utilizando análise bibliométrica, algoritmos de aprendizado de máquinas e uma validação experimental. Para a realização da análise bibliométrica, dos 65 artigos do portfólio selecionados pelo método Proknow-C, foram utilizados o VOSviewer, o Excel e a Web of Science. Para o processamento dos dados, dos artigos do portfólio, em aprendizado de máquinas foram utilizados os algoritmos de regressão polinomial Random Forest e XGBoost. Na validação experimental foi utilizado o método de combustão em micro-ondas para a síntese de somente um TO apontado pelo aprendizado de máquinas, devido ao pouco tempo para realizar a parte experimental. Para a caracterização do TO foram realizadas análises de DRX, MEV, EDS e TG. A análise bibliométrica contribuiu para a otimização das propriedades físico-químicas dos transportadores de oxigênio, uma vez que considerou a influência do tipo de fase ativa e do suporte nos testes de reatividade, capacidade de transporte de oxigênio, taxa de atrito e aglomeração em reatores de leito fluidizado contínuo nos processos de RQ. Com relação ao processamento dos dados em Aprendizado de Máquinas, verificou-se que os dados referentes a Capacidade de Transporte de Oxigênio (Roc) se ajustaram muito bem aos modelos de regressão Random Forest e XGBoost, com previsões altamente precisas, então foi possível determinar três transportadores de oxigênio que possuem boa capacidade de transporte de oxigênio e boa resistência mecânica: TO_MnFe, TO_MnFeTi e TO_MnMg. Com base no TO_MnMg foi sintetizada a amostra AMgMn, com fase ativa MgMn2O4 e fase inerte MgO. Verificou-se que os valores de Roc da amostra foram de 7,95 wt% no primeiro ciclo redox, 8,09 wt% no segundo ciclo redox e 8,14 wt% no terceiro ciclo redox, ficando dentro do intervalo de Roc estipulado pelo Aprendizado de Máquinas para processos de Combustão com Recirculação Química (Roc entre 6,5 e 8,2 wt%). Por fim, a amostra foi muito reativa com o H2 e com o ar, podendo ser considerado um material promissor para aplicação na tecnologia de Combustão com Recirculação Química e devendo ser estudada a reatividade com outros tipos de combustíveis (por exemplo: CH4, CO, carvão). | pt_BR |
dc.identifier.citation | SILVA, Arivonaldo Bezerra da. Otimização de transportadores de oxigênio à base de manganês para recirculação química através de análise bibliométrica, aprendizado de máquinas e validação experimental. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2024. 97f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57746 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Recirculação química | pt_BR |
dc.subject | Transportadores de oxigênio | pt_BR |
dc.subject | Análise bibliométrica | pt_BR |
dc.subject | Aprendizado de máquinas | pt_BR |
dc.subject | MgMn2O4 | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | pt_BR |
dc.title | Otimização de transportadores de oxigênio à base de manganês para recirculação química através de análise bibliométrica, aprendizado de máquinas e validação experimental | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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