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Células de combustivel, o potencial do hidrogénio

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  • 1. 1
  • 2. ÍndiceÍndice................................................................................................................ 2Introdução....................................................................................................... 3O potencial do hidrogénio............................................................................5 Produção e fontes de hidrogénio.............................................................................................................................6 Alternativas para o transporte e distribuição.......................................................................................................8Células de combustível...............................................................................11 Processo electroquímico na célula de combustível...........................................................................................12 Pilha de combustível.................................................................................................................................................14 Reformadores de combustível...............................................................................................................................14 Células de combustível existentes.........................................................................................................................15Conclusão...................................................................................................... 20Ligações úteis...............................................................................................22Bibliografia.................................................................................................... 23 2
  • 3. IntroduçãoEntre o final dos anos 90 e 2020 prevê-se que o consumo mundial de energia cresçaquase 60 porcento devido ao aumento populacional, à urbanização contínua e àexpansão económica e industrial. O consumo de energia eléctrica será ainda maisacentuado, atingindo praticamente os 70 porcento. A maior parte desta energiaadicional deverá provir dos combustíveis fósseis, agravando as já actualmente nefastasconsequências para o ambiente e saúde pública.O Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC), um organismointernacional que congrega aproximadamente 2000 cientistas e economistas de todo omundo, concluiu que as emissões de dióxido de carbono (CO2) deverão ser reduzidasem pelo menos 70 porcento durante os próximos 100 anos para que a concentraçãoatmosférica de CO2 se estabilize nas 450 partes por milhão – ainda assim umaconcentração 60 porcento superior ao nível pré-industrial.Há vários indícios de que os actuais níveis de CO2 são excessivos: verificou-se umdecréscimo de 10 porcento na cobertura de neve desde 1960; uma regressãosignificativa dos glaciares nas regiões não-polares durante o século passado; umaredução de cerca de 40 porcento nas calotes polares do Ártico entre o final do Verãoe o início do Outono; e, entre outros, um aumento de 0,6 ºC da temperatura médiado planeta ao longo do século XX, tendo a década de 90 e o ano de 1998 os maisquentes desde que há registos (ou seja, desde 1861). Durante o século XX, o nívelmédio dos oceanos subiu entre 0,1 e 0,2 metros, enquanto fenómenos extremoscomo o “El Niño Southern Oscillation” se tornaram mais frequentes e intensos. OIPCC considera mesmo que “há indícios novos e fortes de que a maior parte doaquecimento verificado nos últimos 50 anos se deve às actividades humanas”, e estimaque, pelo ano 2100, a temperatura média do planeta poderá ser 1,4 a 5,8 ºC superior àactual 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 decombustíveis fósseis, reduzir os seus níveis só será possível através de um aumentosignificativo da eficiência energética e de uma transição para energias renováveis,particularmente no sector dos transportes. Este já representa, na Europa, cerca de 20porcento das emissões totais de gases com efeito de estufa (GEE). 3
  • 4. Mas também há boas notícias. Estima-se que as novas renováveis (que excluem agrande hídrica e a biomassa tradicional) já forneçam à rede, globalmente, mais de100 000 megawatt (MW) de electricidade, sobretudo devido ao crescimento verificadonas energias eólica e solar. Contudo, os combustíveis fósseis ainda são a fonte de 77porcento da energia consumida mundialmente, tendo em 1999 sido produzidosqualquer coisa como 3,5 mil milhões de barris de crude.Portugal possui um grande potencial para as energias renováveis, de tal forma que umpainel solar instalado no nosso país pode ser até duas vezes mais eficiente do que sefor 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 Governoadoptou, em 2001, o Programa E4 (Eficiência Energética e Energias Endógenas), que, aprazo, se poderá afigurar determinante para a competitividade da indústria portuguesanum quadro europeu alargado.Particularmente interessante e digno de estudo é o caso da Alemanha. A coligaçãoSPD/Verdes conseguiu transformar o país num líder na produção de renováveis,quando, no início dos anos 90, a sua produção era praticamente nula. Também aDinamarca 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 nestecampo: no espaço de 15 anos, a energia eólica passou a ser competitiva relativamenteàs energias convencionais (mesmo ignorando as externalidades negativas a que estasúltimas estão associadas). A potência média de uma turbina aumentou de 100-200quilowatt (kW) para mais de 900 kW hoje em dia, sendo fabricadas, para uso em altomar, 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 posterior, dependendo dasnecessidades? Já foi sugerida uma possível resposta: chama-se hidrogénio. 4
  • 5. O potencial do hidrogénioJúlio Verne, no seu livro “A Ilha Misteriosa”, publicado em 1874, afirma a certa alturaatravés de um engenheiro: “Sim, meus amigos, eu acredito que a água virá um dia a serusada como combustível e que o hidrogénio e o oxigénio que a constituem, usadosisoladamente ou em conjunto, fornecerão uma fonte inesgotável de calor e de luz comuma intensidade de que o carvão não é capaz... A água será o carvão do futuro.”Esta afirmação impressionante, verdadeiramente visionária, arrisca-se a ser verdadeiraum século e um quarto depois de ter sido publicada.Se observarmos a evolução das principais fontes de energia apercebemo-nos de que arazão hidrogénio-carbono aumentado sucessivamente (Figura 1 e ). A transição fez-sede combustíveis ricos em carbono (e, logo, geradores de grandes quantidades de CO2quando queimados) e com reduzida densidade energética, para combustíveisproporcional 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 energialimpa, permitindo às nações reduzirem significativamente as suas emissões de GEE. Noentanto, isto depende da fonte de produção de hidrogénio. Figura 1 – Transição dos sistemas energéticos globais. 5
  • 6. 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 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 “economiaFigura 2 – Razão hidrogénio-carbono paravários combustíveis. do hidrogénio”, por oposição à economia dos combustíveis fósseis em que vivemos actualmente. O interesse científico pelohidrogénio cresceu consideravelmente em 1973, com a primeira crise petrolífera.Contudo, após a segunda crise energética mundial os preços do petróleo começaram adescer para níveis históricos. O interesse pelo hidrogénio decresceu mas felizmente ainvestigação prosseguiu, desenvolvendo-se como resultado vários tipos de células decombustível.Produção e fontes de hidrogénioSão produzidos cerca de 400 mil milhões de metros cúbicos (m3) de hidrogénioanualmente, 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 vaporem refinarias e é consumida localmente para a produção de fertilizantes à base deamónia, resinas, plásticos e solventes, entre outros (ver Figura 3). Só 5 porcento dohidrogénio é efectivamente comercializado e transportado sob a forma líquida ougasosa para outros pontos. 6
  • 7. 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 sistemavapor, que facilita a libertação de mais hidrogénio, produzindo-se CO2 comosubproduto.Também o carvão pode ser reformado para produzir hidrogénio através da suagaseificação, mas este processo só pode competir com o do metano quando o gásnatural é muito dispendioso. Para além disso, isso obrigaria a que o grosso do carbonolibertado fosse sequestrado (partindo do princípio de que se querem reduzir os níveisde CO2 na atmosfera), o que, sendo possível, é também extremamente oneroso.O hidrogénio pode ainda ser extraído do petróleo, gasolina e metanol através da suaoxidação parcial. Como este processo gera maiores emissões de CO2 do que oderivado do gás natural mas é preferido pelas petrolíferas, estas estão a investir emnovas tecnologias para sequestro e armazenamento do poluente.Um método promissor é o da electrólise, que consiste na utilização de electricidadepara dissociar a água nos seus elementos constituintes. Este processo é custo-efectivopara pequenas quantidades, mas visto que esta energia é 3 a 5 vezes mais cara que opetróleo bruto não é ainda rentável para a grande escala. No futuro, este cenáriopoderá mudar. Prevê-se que os custos associados à electrólise a partir de energiafotovoltaica ou eólica sejam reduzidos a metade durante a próxima década. Alémdisso, visto que com este método o hidrogénio pode ser produzido onde é preciso ena 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 algumtempo com custos directos superiores aos associados à reforma do gás natural. 7
  • 8. Em certos casos pode ser preferíveltransmitir directamente para a rede aenergia eléctrica renovável, evitando opasso intermédio de produção dehidrogénio. A produção deste elemento,contudo, pode ser extremamente útil paraa criação de um reservatório decombustível pronto a ser utilizado quandoas condições para a produção de energiarenovável não são favoráveis.Alternativas para o transporte edistribuiçãoA utilização do hidrogénio em grande Figura 4 – Ciclo de produção de hidrogénio a partir de fontes renováveis.escala requer o seu armazenamento edistribuição de uma forma económica, oque é um obstáculo tendo em conta a reduzida densidade energética que possui. Háum conjunto de soluções para obviar este problema: armazenamento sob a forma degás comprimido, hidrogénio liquefeito, hidretos metálicos e sistemas baseados nocarbono. A escola da melhor opção depende de vários factores, como a aplicaçãoconcreta a que se destina, a densidade energética exigida, as formas de energiadisponíveis 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 acompressão. A maior desvantagem é a baixa densidade alcançável, que é de apenas umdécimo da que é obtida com a gasolina (o que é em parte compensado pelo maiorrendimento das células de combustível relativamente aos motores de combustãointerna). Maiores densidades de armazenamento são possíveis mas colocam problemasde segurança e fazem elevar consideravelmente os custos. 8
  • 9. Alternativamente, o hidrogénio pode ser liquefeito, o que exige o seu arrefecimento ecompressão para formar um líquido denso até se atingirem os -250 ºC, temperatura àqual deve ficar armazenado. Os custos desta operação são quatro a cinco vezessuperiores aos envolvidos na compressão, ainda que os associados ao transporte sejammuito menores. Em acréscimo, durante o processo consome-se energia equivalente a30 porcento da originalmente contida no hidrogénio.Um método mais recente e promissor para o armazenamento consiste na utilização dehidretos metálicos. Estes albergam o hidrogénio de forma semelhante à absorção deágua por uma esponja. Durante um processo de arrefecimento, os átomosposicionam-se nos interstícios da estrutura molecular do metal, à qual ficam ligadosquimicamente. Durante o aquecimento ocorre o inverso, libertando-se o hidrogénio.As desvantagens dos hidretos metálicos são o seu elevado peso, baixa densidade, anecessidade de fornecer energia para libertação do hidrogénio e, comparativamente, omaior custo. Para pequenos usos diários (automóveis, por exemplo) esta soluçãopoder-se-á revelar competitiva.Os sistemas baseados no carbono são outra opção ainda nas fases iniciais dedesenvolvimento mas que eventualmente permitirão o armazenamento de grandesquantidades de hidrogénio à temperatura ambiente. Estão a ser explorados dois tiposprincipais:• nanotubos de carbono: compostos de poros de tamanho molecular; e• nanofibras de grafite: pilhas de nanocristais que formam uma parede de pequenos poros similares.O método mais comum hoje em dia para transportar hidrogénio liquefeito consiste nouso de camiões-cisterna com dupla parede (ver na Tabela 2 uma lista dos métodosmais comuns). O hidrogénio em estado líquido pode ainda ser transportado emhidretos metálicos que são carregados para um camião ou vagão de um comboio.Chegando ao seu destino, os hidretos carregados poderiam ser trocados por outrosvazios, à semelhança do que acontece hoje com as botijas de gás natural.O gás comprimido pode ser transportado usando cilindros sob alta pressão, tubos egasodutos. Os dois primeiros casos requerem compressão a altas pressões. O sistemamais eficiente é usar uma rede de gasodutos subterrâneos – o que, contudo, exigiráum elevado investimento inicial. Método Uso 9
  • 10. Gasoduto Grandes quantidades a longas distânciasLíquido Grandes quantidadesGás comprimido Pequenas quantidades a pequenas distânciasHidretos metálicos Pequenas quantidades Tabela 2 – Métodos de transporte de hidrogénio. 10
  • 11. Células de combustívelO primeiro cientista a dissociar a água nos seus elementos constituintes foi também oprimeiro a provar que o processo era reversível. Em 1839, o físico britânico SirWilliam Grove demonstrou que o hidrogénio e o oxigénio podiam serelectroquimicamente combinados para produzir água e electricidade através de umdispositivo denominado “célula de combustível”. A descoberta de Grove ficaria umséculo sem aplicação prática.As células de combustível, ainda numa fase inicial de desenvolvimento, constituem umaabordagem inovadora para a produção de electricidade relativamente aos métodosconvencionais actualmente aplicados. À semelhança das baterias, as células decombustível também produzem corrente directa através de um processoelectroquímico sem que ocorra combustão (portanto, não operam segundo o ciclotérmico de Carnot). Porém, enquanto uma bateria produz energia a partir de umafonte finita de combustível, uma célula de combustível pode operar indefinidamentedesde que possua uma alimentação contínua.Cada sistema de uma célula de combustível é normalmente constituído por trêssubsistemas 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. 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. 11
  • 12. Processo electroquímico na célula de combustívelA reacção electroquímica que ocorre numa célula de combustível requer a adiçãocontínua 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 misturamdirectamente não se dá a sua combustão. Em vez disso, o hidrogénio oxida-semolécula a molécula na presença de um catalizador. O controlo do processo ao nívelmolecular evita as condições necessárias à formação de óxidos de azoto (NOx) e deoutros poluentes.Enquanto os electrões fluem do ânodo através de um circuito externo, os iões dehidrogénio (protões) fluem para o electrólito até chegarem ao cátodo, movidos tantopela diferença de concentrações como de potencial. No cátodo, o oxigénio gasoso écombinado electroquimicamente, na presença de um catalizador, com os iões dehidrogénio e os electrões livres para formar água. 12
  • 13. 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). Reacção do ânodo (oxidação): 2H2 → 4H+ + 4e- Reacção do cátodo (redução): O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Reacção global: 2H2 + O2 → 2H2O (vapor) + energiaA energia libertada equivale à diferença entre a energia livre de Gibbs dos produtos edos reagentes (∆H = -242 kJ/mol) 13
  • 14. Cada processo possui resistências naturais que reduzem a voltagem operacional dacélula relativamente à teórica, bem como irreversibilidades, que se traduzem natransformação de cerca de um sexto da energia potencial em calor (de acordo com aSegunda Lei da Termodinâmica). A potência eléctrica gerada é igual ao produto dacorrente (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 adiferença de potencial máxima (1,48 volts) e a operacional, enquanto o calorproduzido será pode ser estimado através do produto da corrente pela energiapotencial perdida como calor (ou seja, a diferença entre a voltagem teórica e aoperacional). A eficiência eléctrica global da célula é dada pelo rácio entre a potênciagerada e o poder calorífico do hidrogénio consumido. A eficiência termodinâmicamáxima será dada pela razão entre a energia livre de Gibbs do hidrogénio e o seupoder calorífico.Pilha de combustívelNa prática, as voltagens necessárias são superiores às alcançadas por uma única célulade combustível. Para isso são normalmente combinadas em série centenas de célulasindividuais, formando assim uma pilha de combustível. A corrente é regulável atravésda área de cada célula, que vai de 100 cm2 até mais de 1 m2. A potência total é oproduto de três factores: corrente gerada, diferença de potencial existente em cadacélula e número de células combinadas em série.Reformadores de combustívelPara se utilizarem outros combustível que não o hidrogénio é necessário umreformador. Este dispositivo é o componente que tem como função converter oshidrocarbonetos num gás rico em hidrogénio que é consumido pela célula. Existemvários métodos de efectuar a conversão, sendo os principais:• conversão por vapor de água;• conversão por oxidação parcial;No caso da conversão por vapor de água os hidrocarbonetos e a água reagemformando uma mistura gasosa de H2, CO2 e CO num processo altamenteendotérmico. 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. 14
  • 15. Neste caso a reacção é exotérmica. A combinação dos dois processos é designada por“reforma autotérmica” uma vez que, teoricamente, não produz nem requer ofornecimento de energia térmica para ocorrer. As células que operam a elevadastemperaturas podem incorporar um reformador interno formando um conjunto comum excedente energético líquido. A concepção destas unidades mistas é complexo,mas a versatilidade que possuem constitui um estímulo ao seu desenvolvimento ecomercialização.Células de combustível existentesHá seis tipos principais de células de combustível (Tabela 3), dependendo doelectrólito que utilizam1, das quais apenas duas (PAFC e MCFC) são comercializadas.Sigla Designação anglo-americana Designação portuguesaPAFC Phosphoric acid fuel cell Célula de combustível de ácido fosfóricoMCFC Molten carbonate fuel cell Célula de combustível de carbonato fundidoSOFC Solid oxide fuel cell Célula de combustível de óxido sólidoAFC Alkaline fuel cell Célula de combustível alcalina Célula de combustível de membrana de troca Proton exchange membrane fuel cell ouPEMFC protónica ou Célula de combustível de electrólito Polymer electrolyte membrane fuel cell polímeroDMFC 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+;• 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. ATabela 4 sumaria algumas características fundamentais de cada uma.1 - Com excepção da célula de combustível de metanol directo, cuja designação é dada pelo combustívelque utiliza e não pelo seu electrólito. 15
  • 16. Temperatur Contaminante Aplicações Construção Reformad Combustí Eficiênc PotênciSigla Electrólito a de s mais possíveis ou típica or interno vel ia a típica operação problemáticos existentes H+ (solução de Carbono e CO < 1% e Centrais eléctricas ePAFC Não H2 190-210 ºC 35 a 45% > 50 kW H3PO4) cerâmica porosa enxofre aquecimento CO32- (tipicamente, Metais a elevadasMCFC carbonato temperaturas e Sim CH4, H2, CO 650-700 ºC 40 a 50% > 1 MW Enxofre Centrais eléctricas fundido, cerâmica porosa LiKaCO3) O2- (estabilizados Cerâmica e > 200SOFC numa matriz metais a elevadas Sim CH4, H2, CO 750-1000 ºC 45 a 55% Enxofre Centrais eléctricas kW cerâmica) temperaturas OH- (tipicamente Até 20 CO, CO2 e Submarinos, transporteAFC uma solução de Plástico, metal Não H2 puro 90-260 ºC 32 a 40% kW enxofre aeroespacial KOH) Veículos e aplicações H+ (com aniões domésticas (grande imbuídos numa Plástico, metal ou Até 250 CO, enxofre ePEMFC Não H2 puro 65-85 ºC 25 a 35% variedade, desde membrana carbono kW NH3 computadores portáteis polímera) a telemóveis) MembranaDMFC - Não Metanol 60-130 ºC - < 10 kW - Aplicações portáteis polímera Tabela 4 – Tipos principais de células de combustível. 16
  • 17. Célula de combustível de ácido fosfórico (PAFC): é geralmente consideradaa célula de combustível mais estabelecida e avançada (já existe desde o início dos anos70), estando em funcionamento em centenas de aplicações em todo o mundo. Usamcomo combustível primário, por norma, o gás natural ou o propano. Está disponívelpara comercialização um pilha de 200 kW desde 1990, das quais já foram produzidasmais de 200 unidades. O maior obstáculo reside no seu elevado preço, que se situaentre os 4000 e 5000 €/kW. Figura 9 – PAFC para demontração de 40 KW, 1979.Célula de combustível de carbonato fundido (MCFC): a sua históriaremonta ao início do século XX. A elevada temperatura de operação permite-lheincorporar um reformador interno e ser usada em combinação com uma turbina, demodo a aproveitar o vapor produzido e elevando assim a eficiência para os 60porcento ou mais. É relativamente tolerante a impurezas do combustível. O principalproblema da célula reside na deterioração dos seus componentes devido à naturezacorrosiva da combinação do electrólito com a temperatura de operação. Figura 10 – Central eléctrica à base de MCFC com 250 kW, 1997. 17
  • 18. Célula de combustível de óxido sólido (SOFC): menos desenvolvidatecnologicamente do que os géneros de células apresentadas. Já foram, contudo,construídas e testadas várias destas unidades com um design tubular concêntrico euma potência de 100 kW (Figura 11). Está a ser desenvolvido um formato planar, commaiores densidades de potência e menores custos, mas ainda não alcançou a fiabilidadedo formato tubular. As altas temperaturas de operação tornam este tipo de célula, talcomo a MCFC, especialmente indicado para centrais híbridas de ciclo combinado, demodo a tirar proveito do vapor gerado, aumentando-se assim a eficiência total para os45 a 60 porcento ou mais. Os custos são ainda comparativamente elevados. Figura 11 – SOFC planar e tubular. Figura 12 – Maior SOFC do mundo, com 250kW. Foi desenvolvida pela Siemens Westinghouse juntamente com a Kinectrics, Ontario Power Generation e com outras organizações. 18
  • 19. Célula de combustível alcalina (AFC): foi a célula de combustível usada nasmissões Apollo e em vários vaivéns. As principais vantagens desta tecnologia residemnos maiores desempenhos, no uso de eléctrodos de metais não preciosos e no factode não exigir materiais invulgares. Como desvantagens enumeram-se a tendência paraabsorver CO2 tornando o electrólito uma solução aquosa de carbonato menoscondutora. O interesse das células alcalinas tem decrescido com o desenvolvimentodas PEMFC.Célula de combustível de membrana de troca protónica (PEMFC): foi aNASA quem primeiro desenvolveu esta célula durante os anos 60 para a missãoGemini. Tem recebido bastante atenção da imprensa na última década devido aoselevados investimentos da indústria automóvel na tecnologia. Possui uma elevadadensidade de potência mas é muito sensível ao envenenamento com CO. Asnecessidades de platina já foram reduzidas em mais de 30 vezes, reduzindo os custosassociados à produção. Figura 13 – PEMFC em placas.Célula de combustível de metanol directo (DMFC): é um tiporelativamente novo de célula, similar à PEMFC, que usa uma membrana polímera comoelectrólito. A presença de um catalizador no ânodo que retira o hidrogénio dometanol elimina a necessidade de um reformador de combustível, pelo que o metanolpode ser usado directamente. O desenvolvimento da DMFC parece condicionado pelaelevada toxicidade deste álcool e pela facilidade com que pode contaminar a água. 19
  • 20. ConclusãoA tecnologia das células de combustível encontra-se numa fase de grandedesenvolvimento. É altamente provável, devido às suas características intrinsecamentepouco poluentes (só libertam vapor de água), que venham a ser utilizadas em grandeescala 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 dereduzir os custos de capital inicial e de aproveitar as infra-estruturas já existentes, asgrandes empresas de energia preferem investir na utilização de petróleo ou gasolinapara este fim, ou ainda no gás natural. Esta última opção é preferível relativamente àsoutras.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 nosdias de hoje poderá atrasar a transição para uma economia baseada nas energiasrenováveis 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 queestão por construir na sua quase totalidade. Para contornar este problema énecessário que o Governo tome uma opção e direccione para ela recursos eincentivos.Numa fase inicial o hidrogénio será utilizado em economias de escala, como emgrandes operadores de transporte público. O projecto CUTE (Clean Urban Transportfor Europe) prevê a utilização experimental de três autocarros com células decombustível abastecidos a hidrogénio durante dois anos em dez cidades europeias(Figura 14). Uma dessas cidades será o Porto, ficando o autocarro adstrito à frota daSociedade de Transportes Colectivos do Porto.Aguarda-se, pois, pela evolução das células de combustível e dos projectos em curso. Éimportante não perder esta oportunidade, que poderá vir a tornar o sistemaenergético mundial num sector substancialmente menos poluente do que actualmente. 20
  • 21. Figura 14 – Autocarros com células de hidrogénio já desenvolvidos DaimlerChrysler. 21
  • 22. Ligações úteisAgência Regional da Energia da Região http://www.arena.com.pt/ntec1.htmlAutónoma dos AçoresCalifornia Fuel Cell Partnership http://www.drivingthefuture.orgEuropean Hydrogen Association http://www.h2euro.orgEuropean Integrated Hydrogen Project http://www.eihp.org/Fuel Cell Bus Club http://www.fuel-cell-bus-club.com/Fuel Cells 2000s http://www.fuelcells.org/Fuell Cell Today http://www.fuelcelltoday.comHydrogen & Fuel Cell Letter http://www.hfcletter.com/Hydrogen Fuel Cell energy information http://www.hydrogen.orgHydrogen Now! http://www.hydrogennow.org/Metalic Power http://www.metallicpower.com/Pilhas de combustível http://www.amerlis.pt/fuel_cell/fuelcell.htmPlug Power http://www.plugpower.comProton Energy Systems http://www.protonenergy.com/Shell Hydrogen http://www.shell.com/home/Framework?siteId=hydrogen-enUTC Fuel Cells http://www.internationalfuelcells.com/World Fuel Cell Council http://www.fuelcellworld.orgNota: as fotografias apresentadas ao longo deste trabalho foram retiradas de váriasdestas páginas. 22
  • 23. BibliografiaBaird, Colin (2001). Environmental chemistry (2nd edition). Freeman, Nova Iorque.Dunn, Seth (2001). Hydrogen futures: toward a sustainable energy system.Worldwatch Institute, Washington.Energy Nexus Group (2002). Technology characterization: fuel cells. EnvironmentalProtection Agency, Washington.European Environmental Agency (2003). Europe’s environment: the third assessment.Environmental assessment report no. 10. Office for Official Publication of theEuropean Communities, Luxembourg.Fuel Cell Today. Educational Kit. http://www.fuelcelltoday.com. Acedido a 3 deSetembro de 2003.Ministério das Cidades, Ordenamento do Território e Ambiente (2002). Relatório doEstado do Ambiente 2001. MCOTA, Lisboa.Worldwatch Institute (2003). State of the world 2003. Earthscan, Londres. 23

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