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Índice
Introdução...........................................................................3
O potencial do hidrogénio....................................................5Produção e fontes de hidrogénio............................................................................6
Alternativas para o transporte e distribuição.........................................................8
Células de combustível.......................................................11Processo electroquímico na célula de combustível..............................................12
Pilha de combustível............................................................................................14
Reformadores de combustível..............................................................................14
Células de combustível existentes.......................................................................15
Conclusão..........................................................................20
Ligações úteis....................................................................22
Bibliografia.........................................................................................23
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Introdução
Entre o final dos anos 90 e 2020 prevê-se que o consumo mundial de
energia cresça quase 60 porcento devido ao aumento populacional, à
urbanização contínua e à expansão económica e industrial. O
consumo de energia eléctrica será ainda mais acentuado, atingindo
praticamente os 70 porcento. A maior parte desta energia adicional
deverá provir dos combustíveis fósseis, agravando as já actualmente
nefastas consequências para o ambiente e saúde pública.
O Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC), um
organismo internacional que congrega aproximadamente 2000
cientistas e economistas de todo o mundo, concluiu que as emissões
de dióxido de carbono (CO2) deverão ser reduzidas em pelo menos 70
porcento durante os próximos 100 anos para que a concentração
atmosférica de CO2 se estabilize nas 450 partes por milhão – ainda
assim uma concentração 60 porcento superior ao nível pré-industrial.
Há vários indícios de que os actuais níveis de CO2 são excessivos:
verificou-se um decréscimo de 10 porcento na cobertura de neve
desde 1960; uma regressão significativa dos glaciares nas regiões
não-polares durante o século passado; uma redução de cerca de 40
porcento nas calotes polares do Ártico entre o final do Verão e o início
do Outono; e, entre outros, um aumento de 0,6 ºC da temperatura
média do planeta ao longo do século XX, tendo a década de 90 e o
ano de 1998 os mais quentes desde que há registos (ou seja, desde
1861). Durante o século XX, o nível médio dos oceanos subiu entre
0,1 e 0,2 metros, enquanto fenómenos extremos como o “El Niño
Southern Oscillation” se tornaram mais frequentes e intensos. O IPCC
considera mesmo que “há indícios novos e fortes de que a maior
parte do aquecimento verificado nos últimos 50 anos se deve às
actividades humanas”, e estima que, pelo ano 2100, a temperatura
média do planeta poderá ser 1,4 a 5,8 ºC superior à actual e o nível
médio dos oceanos situar-se entre 9 e 88 centímetros acima.
Visto que mais de 80 porcento das emissões humanas de CO2 se
devem à queima de combustíveis fósseis, reduzir os seus níveis só
será possível através de um aumento significativo da eficiência
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energética e de uma transição para energias renováveis,
particularmente no sector dos transportes. Este já representa, na
Europa, cerca de 20 porcento das emissões totais de gases com
efeito de estufa (GEE).
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Mas também há boas notícias. Estima-se que as novas renováveis
(que excluem a grande hídrica e a biomassa tradicional) já forneçam
à rede, globalmente, mais de 100 000 megawatt (MW) de
electricidade, sobretudo devido ao crescimento verificado nas
energias eólica e solar. Contudo, os combustíveis fósseis ainda são a
fonte de 77 porcento da energia consumida mundialmente, tendo em
1999 sido produzidos qualquer coisa como 3,5 mil milhões de barris
de crude.
Portugal possui um grande potencial para as energias renováveis, de
tal forma que um painel solar instalado no nosso país pode ser até
duas vezes mais eficiente do que se for colocado na Alemanha. Ainda
assim, a potência total instalada é bastante reduzida. No sentido de
inverter este cenário e de promover a eficiência energética o Governo
adoptou, em 2001, o Programa E4 (Eficiência Energética e Energias
Endógenas), que, a prazo, se poderá afigurar determinante para a
competitividade da indústria portuguesa num quadro europeu
alargado.
Particularmente interessante e digno de estudo é o caso da
Alemanha. A coligação SPD/Verdes conseguiu transformar o país num
líder na produção de renováveis, quando, no início dos anos 90, a sua
produção era praticamente nula. Também a Dinamarca e o Reino
Unido têm apostado de forma determinada neste sector, sobretudo
na eólica, com resultados francamente positivos.
O avanço tecnológico tem permitido um aumento significativo da
eficiência neste campo: no espaço de 15 anos, a energia eólica
passou a ser competitiva relativamente às energias convencionais
(mesmo ignorando as externalidades negativas a que estas últimas
estão associadas). A potência média de uma turbina aumentou de
100-200 quilowatt (kW) para mais de 900 kW hoje em dia, sendo
fabricadas, para uso em alto mar, turbinas com uma potências entre
os 2000 e 5000 kW.
Há um problema relativamente às energias renováveis que tem de
ser ultrapassado: como podem ser armazenadas para utilização
5
posterior, dependendo das necessidades? Já foi sugerida uma possível
resposta: chama-se hidrogénio.
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O potencial do hidrogénio
Júlio Verne, no seu livro “A Ilha Misteriosa”, publicado em 1874,
afirma a certa altura através de um engenheiro: “Sim, meus amigos,
eu acredito que a água virá um dia a ser usada como combustível e
que o hidrogénio e o oxigénio que a constituem, usados isoladamente
ou em conjunto, fornecerão uma fonte inesgotável de calor e de luz
com uma intensidade de que o carvão não é capaz... A água será o
carvão do futuro.”
Esta afirmação impressionante, verdadeiramente visionária, arrisca-
se a ser verdadeira um século e um quarto depois de ter sido
publicada.
Se observarmos a evolução das principais fontes de energia
apercebemo-nos de que a razão hidrogénio-carbono aumentado
sucessivamente (Figura 1 e ). A transição fez-se de combustíveis ricos
em carbono (e, logo, geradores de grandes quantidades de CO2
quando queimados) e com reduzida densidade energética, para
combustíveis proporcional e sucessivamente mais ricos em
hidrogénio e energéticos (e, portanto, mais amigos do ambiente). A
este fenómeno podemos chamar “descarbonização”.
Simultaneamente, é evidente também uma transição de combustíveis
sólidos (lenha, carvão) para líquidos (petróleo) e, segundo uma
aposta mais recente e em expansão, para gases (gás natural). O
hidrogénio oferece o potencial de se tornar numa energia limpa,
permitindo às nações reduzirem significativamente as suas emissões
de GEE. No entanto, isto depende da fonte de produção de
hidrogénio.
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Figura 1 – Transição dos sistemas energéticos globais.
O hidrogénio é o elemento mais abundante do Universo (mais de 90
porcento do que é observável) e o mais simples. Cada átomo é
composto, apenas, por um protão e por um electrão.
A primeira utilização significativa do hidrogénio enquanto combustível
remonta a 1950, em aplicações espaciais, através de uma célula de
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Figura 2 – Razão hidrogénio-carbono
para
vários combustíveis.
combustível que combinava este elemento com oxigénio para formar
água e produzir electricidade – sistema ainda hoje utilizado pelo
programa espacial norte-americano. Em 1970, a General Motors
definiu o conceito de “economia do hidrogénio”, por oposição à
economia dos combustíveis fósseis em que vivemos actualmente. O
interesse científico pelo hidrogénio cresceu consideravelmente em
1973, com a primeira crise petrolífera. Contudo, após a segunda crise
energética mundial os preços do petróleo começaram a descer para
níveis históricos. O interesse pelo hidrogénio decresceu mas
felizmente a investigação prosseguiu, desenvolvendo-se como
resultado vários tipos de células de combustível.
Produção e fontes de hidrogénio
São produzidos cerca de 400 mil milhões de metros cúbicos (m3) de
hidrogénio anualmente, o que equivale a cerca de 10 porcento da
produção de petróleo de 1999. A maior parte deste hidrogénio é
obtido a partir da reforma de gás natural por vapor em refinarias e é
consumida localmente para a produção de fertilizantes à base de
amónia, resinas, plásticos e solventes, entre outros (ver Figura 3). Só
5 porcento do hidrogénio é efectivamente comercializado e
transportado sob a forma líquida ou gasosa para outros pontos.
Figura 3 – Sistema energético à base de hidrogénio.
Metade da produção de hidrogénio é obtida a partir do aquecimento
de metano (CH4) num reactor catalítico, o que liberta os átomos de
hidrogénio. É adicionado ao sistema vapor, que facilita a libertação de
mais hidrogénio, produzindo-se CO2 como subproduto.
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Também o carvão pode ser reformado para produzir hidrogénio
através da sua gaseificação, mas este processo só pode competir
com o do metano quando o gás natural é muito dispendioso. Para
além disso, isso obrigaria a que o grosso do carbono libertado fosse
sequestrado (partindo do princípio de que se querem reduzir os níveis
de CO2 na atmosfera), o que, sendo possível, é também
extremamente oneroso.
O hidrogénio pode ainda ser extraído do petróleo, gasolina e metanol
através da sua oxidação parcial. Como este processo gera maiores
emissões de CO2 do que o derivado do gás natural mas é preferido
pelas petrolíferas, estas estão a investir em novas tecnologias para
sequestro e armazenamento do poluente.
Um método promissor é o da electrólise, que consiste na utilização de
electricidade para dissociar a água nos seus elementos constituintes.
Este processo é custo-efectivo para pequenas quantidades, mas visto
que esta energia é 3 a 5 vezes mais cara que o petróleo bruto não é
ainda rentável para a grande escala. No futuro, este cenário poderá
mudar. Prevê-se que os custos associados à electrólise a partir de
energia fotovoltaica ou eólica sejam reduzidos a metade durante a
próxima década. Além disso, visto que com este método o hidrogénio
pode ser produzido onde é preciso e na quantidade necessária,
evitam-se os custos de transporte.
Um processo de produção de hidrogénio a partir de fontes renováveis
resultaria, portanto, num ciclo energético extremamente limpo
(Figura 4), ainda que por algum tempo com custos directos superiores
aos associados à reforma do gás natural.
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Em certos casos pode ser
preferível transmitir directamente
para a rede a energia eléctrica
renovável, evitando o passo
intermédio de produção de
hidrogénio. A produção deste
elemento, contudo, pode ser
extremamente útil para a criação
de um reservatório de combustível
pronto a ser utilizado quando as
condições para a produção de
energia renovável não são
favoráveis.
Alternativas para o transporte
e distribuição
A utilização do hidrogénio em grande escala requer o seu
armazenamento e distribuição de uma forma económica, o que é um
obstáculo tendo em conta a reduzida densidade energética que
possui. Há um conjunto de soluções para obviar este problema:
armazenamento sob a forma de gás comprimido, hidrogénio
liquefeito, hidretos metálicos e sistemas baseados no carbono. A
escola da melhor opção depende de vários factores, como a aplicação
concreta a que se destina, a densidade energética exigida, as formas
de energia disponíveis e os custos de capital e de operação (ver
Tabela 1).
Método Uso
Subterrâneo Grandes quantidades a longo prazo
Líquido Grandes quantidades a longo prazo
Gás comprimido Pequenas quantidades a curto prazo
Hidretos metálicos Pequenas quantidades
Nanotubos de carbono Pequenas quantidades
Tabela 1 – Métodos de armazenamento de hidrogénio.
O método mais simples e barato de armazenamento do hidrogénio
em veículos é a compressão. A maior desvantagem é a baixa
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Figura 4 – Ciclo de produção de
hidrogénio a partir de fontes
renováveis.
densidade alcançável, que é de apenas um décimo da que é obtida
com a gasolina (o que é em parte compensado pelo maior rendimento
das células de combustível relativamente aos motores de combustão
interna). Maiores densidades de armazenamento são possíveis mas
colocam problemas de segurança e fazem elevar consideravelmente
os custos.
Alternativamente, o hidrogénio pode ser liquefeito, o que exige o seu
arrefecimento e compressão para formar um líquido denso até se
atingirem os -250 ºC, temperatura à qual deve ficar armazenado. Os
custos desta operação são quatro a cinco vezes superiores aos
envolvidos na compressão, ainda que os associados ao transporte
sejam muito menores. Em acréscimo, durante o processo consome-se
energia equivalente a 30 porcento da originalmente contida no
hidrogénio.
Um método mais recente e promissor para o armazenamento
consiste na utilização de hidretos metálicos. Estes albergam o
hidrogénio de forma semelhante à absorção de água por uma
esponja. Durante um processo de arrefecimento, os átomos
posicionam-se nos interstícios da estrutura molecular do metal, à qual
ficam ligados quimicamente. Durante o aquecimento ocorre o inverso,
libertando-se o hidrogénio. As desvantagens dos hidretos metálicos
são o seu elevado peso, baixa densidade, a necessidade de fornecer
energia para libertação do hidrogénio e, comparativamente, o maior
custo. Para pequenos usos diários (automóveis, por exemplo) esta
solução poder-se-á revelar competitiva.
Os sistemas baseados no carbono são outra opção ainda nas fases
iniciais de desenvolvimento mas que eventualmente permitirão o
armazenamento de grandes quantidades de hidrogénio à
temperatura ambiente. Estão a ser explorados dois tipos principais:
nanotubos de carbono: compostos de poros de tamanho molecular;
e
nanofibras de grafite: pilhas de nanocristais que formam uma
parede de pequenos poros similares.
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O método mais comum hoje em dia para transportar hidrogénio
liquefeito consiste no uso de camiões-cisterna com dupla parede (ver
na Tabela 2 uma lista dos métodos mais comuns). O hidrogénio em
estado líquido pode ainda ser transportado em hidretos metálicos que
são carregados para um camião ou vagão de um comboio. Chegando
ao seu destino, os hidretos carregados poderiam ser trocados por
outros vazios, à semelhança do que acontece hoje com as botijas de
gás natural.
O gás comprimido pode ser transportado usando cilindros sob alta
pressão, tubos e gasodutos. Os dois primeiros casos requerem
compressão a altas pressões. O sistema mais eficiente é usar uma
rede de gasodutos subterrâneos – o que, contudo, exigirá um elevado
investimento inicial.
Método Uso
Gasoduto Grandes quantidades a longas distâncias
Líquido Grandes quantidades
Gás comprimido Pequenas quantidades a pequenas distâncias
Hidretos metálicos Pequenas quantidades
Tabela 2 – Métodos de transporte de hidrogénio.
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Células de combustível
O primeiro cientista a dissociar a água nos seus elementos
constituintes foi também o primeiro a provar que o processo era
reversível. Em 1839, o físico britânico Sir William Grove demonstrou
que o hidrogénio e o oxigénio podiam ser electroquimicamente
combinados para produzir água e electricidade através de um
dispositivo denominado “célula de combustível”. A descoberta de
Grove ficaria um século sem aplicação prática.
As células de combustível, ainda numa fase inicial de
desenvolvimento, constituem uma abordagem inovadora para a
produção de electricidade relativamente aos métodos convencionais
actualmente aplicados. À semelhança das baterias, as células de
combustível também produzem corrente directa através de um
processo electroquímico sem que ocorra combustão (portanto, não
operam segundo o ciclo térmico de Carnot). Porém, enquanto uma
bateria produz energia a partir de uma fonte finita de combustível,
uma célula de combustível pode operar indefinidamente desde que
possua uma alimentação contínua.
Cada sistema de uma célula de combustível é normalmente
constituído por três subsistemas primários, conforme ilustra a Figura
5:
a pilha de combustível que gera a corrente;
o reformador que converte o combustível original em hidrogénio;
o conversor que processa a electricidade e a converte em corrente
alternada ou contínua.
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Figura 5 – Esquema simplificado de um sistema de produção de electricidade
baseado em pilhas de combustível de membrana de troca protónica. DC: corrente
contínua; AC: corrente alternada.
Processo electroquímico na célula de combustível
A reacção electroquímica que ocorre numa célula de combustível
requer a adição contínua dos reagentes ao reactor, tipicamente
hidrogénio e oxigénio na forma gasosa (Figura 6).
Figura 6 – Esquema de uma célula de combustível de membrana de troca protónica.
O hidrogénio e o oxigénio são continuamente alimentados ao ânodo e
ao cátodo, respectivamente (Figura 7 e Figura 8). Visto que os dois
gases não se misturam directamente não se dá a sua combustão. Em
vez disso, o hidrogénio oxida-se molécula a molécula na presença de
15
um catalizador. O controlo do processo ao nível molecular evita as
condições necessárias à formação de óxidos de azoto (NOx) e de
outros poluentes.
Enquanto os electrões fluem do ânodo através de um circuito externo,
os iões de hidrogénio (protões) fluem para o electrólito até chegarem
ao cátodo, movidos tanto pela diferença de concentrações como de
potencial. No cátodo, o oxigénio gasoso é combinado
electroquimicamente, na presença de um catalizador, com os iões de
hidrogénio e os electrões livres para formar água.
Figura 7 – Processo electroquímico que ocorre numa célula de combustível de
electrólito ácido.
Figura 8 – Processo electroquímico que ocorre numa célula de combustível de óxido
sólido (electrólito cerâmico sólido).
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Reacção do ânodo (oxidação): 2H2 4H+ + 4e-
Reacção do cátodo (redução): O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Reacção global: 2H2 + O2 2H2O (vapor) + energia
A energia libertada equivale à diferença entre a energia livre de Gibbs
dos produtos e dos reagentes (H = -242 kJ/mol)
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Cada processo possui resistências naturais que reduzem a voltagem
operacional da célula relativamente à teórica, bem como
irreversibilidades, que se traduzem na transformação de cerca de um
sexto da energia potencial em calor (de acordo com a Segunda Lei da
Termodinâmica). A potência eléctrica gerada é igual ao produto da
corrente (medida em amperes) pela voltagem operacional (que se
situa, por norma, entre os 0,55 e os 0,80 volts).
Uma estimativa simplificada da eficiência da célula pode ser obtida
pela razão entre a diferença de potencial máxima (1,48 volts) e a
operacional, enquanto o calor produzido será pode ser estimado
através do produto da corrente pela energia potencial perdida como
calor (ou seja, a diferença entre a voltagem teórica e a operacional).
A eficiência eléctrica global da célula é dada pelo rácio entre a
potência gerada e o poder calorífico do hidrogénio consumido. A
eficiência termodinâmica máxima será dada pela razão entre a
energia livre de Gibbs do hidrogénio e o seu poder calorífico.
Pilha de combustível
Na prática, as voltagens necessárias são superiores às alcançadas por
uma única célula de combustível. Para isso são normalmente
combinadas em série centenas de células individuais, formando assim
uma pilha de combustível. A corrente é regulável através da área de
cada célula, que vai de 100 cm2 até mais de 1 m2. A potência total é o
produto de três factores: corrente gerada, diferença de potencial
existente em cada célula e número de células combinadas em série.
Reformadores de combustível
Para se utilizarem outros combustível que não o hidrogénio é
necessário um reformador. Este dispositivo é o componente que tem
como função converter os hidrocarbonetos num gás rico em
hidrogénio que é consumido pela célula. Existem vários métodos de
efectuar a conversão, sendo os principais:
conversão por vapor de água;
conversão por oxidação parcial;
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No caso da conversão por vapor de água os hidrocarbonetos e a água
reagem formando uma mistura gasosa de H2, CO2 e CO num processo
altamente endotérmico. O calor necessário pode ser fornecido pela
própria pilha de combustível. No processo de oxidação parcial é
utilizado ar em vez de vapor de água. Consequentemente, o gás
resultante contém uma quantidade considerável de azoto. Neste caso
a reacção é exotérmica. A combinação dos dois processos é
designada por “reforma autotérmica” uma vez que, teoricamente,
não produz nem requer o fornecimento de energia térmica para
ocorrer. As células que operam a elevadas temperaturas podem
incorporar um reformador interno formando um conjunto com um
excedente energético líquido. A concepção destas unidades mistas é
complexo, mas a versatilidade que possuem constitui um estímulo ao
seu desenvolvimento e comercialização.
Células de combustível existentes
Há seis tipos principais de células de combustível (Tabela 3),
dependendo do electrólito que utilizam1, das quais apenas duas (PAFC
e MCFC) são comercializadas.
Sigla Designação anglo-americana Designação portuguesa
PAFC Phosphoric acid fuel cell Célula de combustível de ácido fosfórico
MCFC Molten carbonate fuel cellCélula de combustível de carbonato
fundido
SOFC Solid oxide fuel cell Célula de combustível de óxido sólido
AFC Alkaline fuel cell Célula de combustível alcalina
PEMF
C
Proton exchange membrane fuel
cell ou Polymer electrolyte
membrane fuel cell
Célula de combustível de membrana de
troca protónica ou Célula de combustível
de electrólito polímero
DMFC Direct methanol fuel cell Célula de combustível de metanol directo
Tabela 3 – Tipos principais de células de combustível.
Os seis tipos principais dividem-se da seguinte forma:
PAFC e PEMFC: possuem electrólitos ácidos e baseiam-se no
transporte de iões H+;
1 - Com excepção da célula de combustível de metanol directo, cuja designação é
dada pelo combustível que utiliza e não pelo seu electrólito.
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MCFC e AFC: possuem electrólitos básicos e baseiam-se no
transporte de iões CO32- e OH-, respectivamente;
SOFC: possui um electrólito cerâmico sólido e baseia-se no
transporte de iões O2-;
DMFC: utiliza metanol directamente como combustível possuindo
um electrólito cerâmico.
As temperaturas óptimas de operação variam muito conforme a
célula em causa. A Tabela 4 sumaria algumas características
fundamentais de cada uma.
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Sigla ElectrólitoConstrução
típica
Reformad
or
interno
Combustí
vel
Temperatu
ra de
operação
Eficiên
cia
Potênc
ia
típica
Contaminant
es mais
problemático
s
Aplicações
possíveis ou
existentes
PAFCH+ (solução de
H3PO4)
Carbono e
cerâmica
porosa
Não H2 190-210 ºC35 a
45%
> 50
kW
CO < 1% e
enxofre
Centrais eléctricas
e aquecimento
MCFC
CO32-
(tipicamente,
carbonato
fundido,
LiKaCO3)
Metais a
elevadas
temperaturas
e cerâmica
porosa
SimCH4, H2,
CO650-700 ºC
40 a
50%> 1 MW Enxofre Centrais eléctricas
SOFC
O2-
(estabilizados
numa matriz
cerâmica)
Cerâmica e
metais a
elevadas
temperaturas
SimCH4, H2,
CO
750-1000
ºC
45 a
55%
> 200
kWEnxofre Centrais eléctricas
AFC
OH-
(tipicamente
uma solução
de KOH)
Plástico,
metalNão H2 puro 90-260 ºC
32 a
40%
Até 20
kW
CO, CO2 e
enxofre
Submarinos,
transporte
aeroespacial
PEMF
C
H+ (com
aniões
imbuídos
numa
membrana
Plástico,
metal ou
carbono
Não H2 puro 65-85 ºC 25 a
35%
Até 250
kW
CO, enxofre e
NH3
Veículos e
aplicações
domésticas
(grande variedade,
desde
21
polímera)
computadores
portáteis a
telemóveis)
DMFCMembrana
polímera- Não Metanol 60-130 ºC -
< 10
kW-
Aplicações
portáteis
Tabela 4 – Tipos principais de células de combustível.
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Célula de combustível de ácido fosfórico (PAFC): é geralmente
considerada a célula de combustível mais estabelecida e avançada (já
existe desde o início dos anos 70), estando em funcionamento em
centenas de aplicações em todo o mundo. Usam como combustível
primário, por norma, o gás natural ou o propano. Está disponível para
comercialização um pilha de 200 kW desde 1990, das quais já foram
produzidas mais de 200 unidades. O maior obstáculo reside no seu
elevado preço, que se situa entre os 4000 e 5000 €/kW.
Figura 9 – PAFC para demontração de 40 KW, 1979.
Célula de combustível de carbonato fundido (MCFC): a sua
história remonta ao início do século XX. A elevada temperatura de
operação permite-lhe incorporar um reformador interno e ser usada
em combinação com uma turbina, de modo a aproveitar o vapor
produzido e elevando assim a eficiência para os 60 porcento ou mais.
É relativamente tolerante a impurezas do combustível. O principal
problema da célula reside na deterioração dos seus componentes
devido à natureza corrosiva da combinação do electrólito com a
temperatura de operação.
23
Figura 10 – Central eléctrica à base de MCFC com 250 kW, 1997.
Célula de combustível de óxido sólido (SOFC): menos
desenvolvida tecnologicamente do que os géneros de células
apresentadas. Já foram, contudo, construídas e testadas várias destas
unidades com um design tubular concêntrico e uma potência de 100
kW (Figura 11). Está a ser desenvolvido um formato planar, com
maiores densidades de potência e menores custos, mas ainda não
alcançou a fiabilidade do formato tubular. As altas temperaturas de
operação tornam este tipo de célula, tal como a MCFC, especialmente
indicado para centrais híbridas de ciclo combinado, de modo a tirar
proveito do vapor gerado, aumentando-se assim a eficiência total
para os 45 a 60 porcento ou mais. Os custos são ainda
comparativamente elevados.
Figura 11 – SOFC planar e tubular.
24
Figura 12 – Maior SOFC do mundo, com 250kW. Foi desenvolvida pela Siemens
Westinghouse juntamente com a Kinectrics, Ontario Power Generation e com outras
organizações.
Célula de combustível alcalina (AFC): foi a célula de combustível
usada nas missões Apollo e em vários vaivéns. As principais
vantagens desta tecnologia residem nos maiores desempenhos, no
uso de eléctrodos de metais não preciosos e no facto de não exigir
materiais invulgares. Como desvantagens enumeram-se a tendência
para absorver CO2 tornando o electrólito uma solução aquosa de
carbonato menos condutora. O interesse das células alcalinas tem
decrescido com o desenvolvimento das PEMFC.
Célula de combustível de membrana de troca protónica
(PEMFC): foi a NASA quem primeiro desenvolveu esta célula durante
os anos 60 para a missão Gemini. Tem recebido bastante atenção da
imprensa na última década devido aos elevados investimentos da
indústria automóvel na tecnologia. Possui uma elevada densidade de
potência mas é muito sensível ao envenenamento com CO. As
necessidades de platina já foram reduzidas em mais de 30 vezes,
reduzindo os custos associados à produção.
25
Figura 13 – PEMFC em placas.
Célula de combustível de metanol directo (DMFC): é um tipo
relativamente novo de célula, similar à PEMFC, que usa uma
membrana polímera como electrólito. A presença de um catalizador
no ânodo que retira o hidrogénio do metanol elimina a necessidade
de um reformador de combustível, pelo que o metanol pode ser
usado directamente. O desenvolvimento da DMFC parece
condicionado pela elevada toxicidade deste álcool e pela facilidade
com que pode contaminar a água.
26
Conclusão
A tecnologia das células de combustível encontra-se numa fase de
grande desenvolvimento. É altamente provável, devido às suas
características intrinsecamente pouco poluentes (só libertam vapor
de água), que venham a ser utilizadas em grande escala numa
enorme variedade de aplicações: automóveis, computadores,
aquecimento, fornecimento de electricidade à rede, armazenamento
de energia, etc.
A selecção do combustível primário a reformar não é inócua. Numa
tentativa de reduzir os custos de capital inicial e de aproveitar as
infra-estruturas já existentes, as grandes empresas de energia
preferem investir na utilização de petróleo ou gasolina para este fim,
ou ainda no gás natural. Esta última opção é preferível relativamente
às outras.
Porém, não só a utilização de hidrocarbonetos acarretará emissões de
CO2 (que são, naturalmente, de evitar a todo o custo), como um
investimento mal direccionado nos dias de hoje poderá atrasar a
transição para uma economia baseada nas energias renováveis e no
hidrogénio “limpo” em mais de uma década.
E são os custos de investimento o maior obstáculo à utilização do
hidrogénio, precisamente porque a sua distribuição descentralizada
requer infra-estruturas que estão por construir na sua quase
totalidade. Para contornar este problema é necessário que o Governo
tome uma opção e direccione para ela recursos e incentivos.
Numa fase inicial o hidrogénio será utilizado em economias de escala,
como em grandes operadores de transporte público. O projecto CUTE
(Clean Urban Transport for Europe) prevê a utilização experimental de
três autocarros com células de combustível abastecidos a hidrogénio
durante dois anos em dez cidades europeias (Figura 14). Uma dessas
cidades será o Porto, ficando o autocarro adstrito à frota da
Sociedade de Transportes Colectivos do Porto.
27
Aguarda-se, pois, pela evolução das células de combustível e dos
projectos em curso. É importante não perder esta oportunidade, que
poderá vir a tornar o sistema energético mundial num sector
substancialmente menos poluente do que actualmente.
Figura 14 – Autocarros com células de hidrogénio já desenvolvidos DaimlerChrysler.
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Ligações úteis
Agência Regional da Energia da
Região Autónoma dos Açoreshttp://www.arena.com.pt/ntec1.html
California Fuel Cell Partnership http://www.drivingthefuture.org
European Hydrogen Association http://www.h2euro.org
European Integrated Hydrogen
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Hydrogen Fuel Cell energy
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Hydrogen Now! http://www.hydrogennow.org/
Metalic Power http://www.metallicpower.com/
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Nota: as fotografias apresentadas ao longo deste trabalho foram
retiradas de várias destas páginas.
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