A produção de hidrogênio por eletrólise alimentada por eletricidade verde para a síntese de amônia é uma solução eficaz para a absorção em larga escala da energia renovável eólica e solar, além de resolver o problema da escassez de combustíveis químicos verdes. Foi proposto um sistema integrado de operação em modo duplo para armazenamento e utilização do calor residual da síntese de amônia em um eletrolisador de membrana de troca protônica (PEM) movido a vento e sol, evitando partidas e paradas frequentes do eletrolisador e resolvendo racionalmente o desperdício de calor do processo de síntese de amônia. Os resultados mostram que o sistema em modo duplo pode reduzir significativamente o tempo de partida do eletrolisador, sendo 512 s para partida a frio a 25 °C de um eletrolisador de 951 kW e apenas 274 s para partida a quente a partir do modo de reserva térmica a 47,5 °C; no modo de reserva térmica, o sistema consome energia apenas para a bomba d'água, com potência consumida por unidade de capacidade de produção de hidrogênio de 0,49 kW; o subsistema de armazenamento térmico com dois tanques configurado com 10,8 t de óleo térmico Dowtherm-G absorve o calor residual dos gases da síntese de amônia com fluxo de 3 kg/s no estado de armazenamento de calor, podendo preencher o tanque térmico em 1,00 h, e no estado de liberação de calor aquece a água de alimentação do eletrolisador com fluxo de 0,64 kg/s, permitindo que o estado de reserva térmica do eletrolisador opere por 4,68 h. Além disso, os ganhos gerados pela operação em modo duplo de produção de hidrogênio/reserva térmica superam o investimento no subsistema de armazenamento térmico, apresentando boa viabilidade econômica.

síntese de amônia; amônia verde; eletrolisador PEM; reserva térmica; aproveitamento do calor residual; desempenho dinâmico; viabilidade econômica