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Inovação, Bateria de carro, Carros movidos a hidrogênio

Tecnologia de células de combustível de hidrogênio - vantagens, desvantagens e aplicações

15 dezembro 2021

A tecnologia de célula de combustível de hidrogênio pode comprovar ser a opção de geração de energia automotiva mais econômica disponível atualmente. O que é uma célula de combustível de hidrogênio e como ela funciona?

O que é uma célula de combustível de hidrogênio?

Em um futuro próximo, as células de combustível de hidrogênio poderão ser amplamente utilizadas em veículos motorizados. Essa solução tem inúmeras vantagens e há muitas indicações de que os carros movidos a hidrogênio se tornarão cada vez mais populares. Ao mesmo tempo, é importante lembrar que as células de combustível de hidrogênio, assim como qualquer outra tecnologia, têm certas limitações. Mas, primeiro, vale a pena entender como funciona esse tipo de sistema e como ele pode fornecer energia para o motor do veículo.

A função de uma célula a combustível – independentemente do tipo – é gerar eletricidade por meio da oxidação do combustível que é fornecido a ela. A operação das células a combustível de hidrogênio, no entanto, é completamente diferente das células galvânicas, que incluem baterias e acumuladores. Ao contrário desses tipos de componentes, as células de combustível não precisam ser recarregadas e podem começar a operar praticamente assim que forem alimentadas com combustível.

As células a combustível de hidrogênio são a variante mais amplamente utilizada. Os eletrodos são imersos em um eletrólito e usam hidrogênio (no ânodo) e oxigênio (no cátodo). Esse processo, entre outras coisas, elimina as substâncias nocivas produzidas durante o processo de combustão – em vez disso, apenas o vapor é liberado para o meio ambiente.

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Como funciona uma célula de combustível de hidrogênio?

Graças ao uso do hidrogênio, o processo de combustão não altera a composição química dos eletrólitos ou eletrodos. Este é outro aspecto importante no que diz respeito às diferenças entre células a combustível e células galvânicas. As baterias são baseadas em reações que podem levar a alterações nas substâncias utilizadas – daí a necessidade de recarga, que envolve a reversão desses processos.

O princípio de uma célula a combustível de hidrogênio é bastante simples: o hidrogênio libera elétrons, que então reagem com o oxigênio para produzir eletricidade, deixando apenas o vapor como subproduto da reação. Algumas células usam compostos contendo grande quantidade de hidrogênio, como metano ou metanol, em vez de hidrogênio puro – nesses casos a eficiência é um pouco menor e o processo de combustão também produz uma pequena quantidade de dióxido de carbono.

Aplicações de célula de combustível de hidrogênio

As células a combustível de hidrogênio encontram aplicações em várias indústrias:

  • tecnologia de energia – para fornecer energia a locais onde o acesso gratuito à rede elétrica é impossível;
  • construção de robôs autônomos,
  • sistemas de energia de emergência,
  • tecnologia espacial – navios e sondas,
  • indústria automotiva.

Este último ponto, em particular, é digno de nota. Os motores de célula de combustível a hidrogênio são uma solução que está sendo adotada por um número cada vez maior de fabricantes de automóveis. Já existem vários modelos de grandes marcas com esse tipo de acionamento – a eficiência das células a combustível de hidrogênio é bastante alta, o que permite que sejam utilizadas até mesmo em ônibus.

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Carros a hidrogênio – tecnologia, infraestrutura e outros fatores que influenciam sua implementação

Embora a tecnologia para células de combustível de hidrogênio e motores a hidrogênio já esteja bastante avançada, ainda estamos muito longe da adoção em larga escala desse tipo de tecnologia. No entanto, seu número está aumentando constantemente e a popularidade crescente é o resultado de uma combinação de vários fatores importantes. Entre outras coisas, vale a pena prestar atenção à regulamentação em vigor – a União Europeia, atualmente, em conjunto com outras organizações, a União Europeia dá grande ênfase à eco-compatibilidade no trânsito rodoviário, apoiando iniciativas relacionadas com os combustíveis alternativos e esclarecendo questões jurídicas relacionadas com a eletro mobilidade.

Uma vantagem decisiva na operação do dia a dia de um carro movido a hidrogênio é a ampla disponibilidade desse elemento – ele pode ser encontrado em quase qualquer lugar, mantendo assim os custos no mínimo. Um 'tanque' nos carros a hidrogênio mais recentes permite que você viaje mais de 700 km, o que é uma vantagem significativa em relação a outros veículos elétricos.

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No momento, porém, a falta de infraestrutura disponível para abastecer carros movidos a hidrogênio é um grande obstáculo. Na Polónia, a primeira estação deste tipo foi instalada há apenas alguns meses, e em toda a Europa o seu número está estimado em pouco mais de 200. No entanto, existem muitos projetos que pressupõem a construção de novas estações de abastecimento de hidrogénio em nos próximos anos.

Como abastecer um carro a hidrogênio?

Do ponto de vista do motorista, o processo de reabastecimento é semelhante ao de um carro a combustão. No entanto, existem algumas diferenças importantes – uma é que o hidrogênio nos postos de abastecimento é geralmente medido em quilogramas, em vez de litros. Além disso, reabastecer um carro movido a hidrogênio requer um controle cuidadoso da taxa da bomba, pois abastecer o veículo muito rapidamente pode resultar em temperaturas perigosamente altas. O tempo de carregamento de um carro novo a hidrogênio em uma estação é de cerca de 3 minutos.

Preços de carros a hidrogênio

Por enquanto, os carros a hidrogênio são bastante caros – os preços dos modelos disponíveis na Polônia se aproximam aos 65.000 euros. Com o desenvolvimento da infraestrutura e a crescente popularidade dos combustíveis alternativos, porém, os números vão cair gradativamente, como é o caso de outros carros elétricos. Os regulamentos legais da União Europeia e dos Estados-Membros podem desempenhar um papel importante aqui – mesmo agora, em muitos locais, os motoristas podem contar com vantagens associadas à utilização deste tipo de automóvel.

Células a combustível de hidrogênio – vantagens e desvantagens

A construção de células a combustível de hidrogênio é relativamente simples, assim como seu princípio de funcionamento – graças a isso, a energia química pode ser convertida em eletricidade de forma muito rápida e fácil. Ao mesmo tempo, o risco de falhas e anomalias é muito baixo. Uma grande vantagem do uso desse tipo de célula a combustível é seu impacto neutro no meio ambiente. O subproduto da queima do hidrogênio é apenas vapor, ao contrário de uma série de substâncias nocivas produzidas com o uso de combustíveis sólidos. Além disso, a célula de combustível de hidrogênio também gera baixos níveis de ruído. E também permite uma operação eficiente por longos períodos e a possibilidade de grandes sobrecargas instantâneas. Uma única célula produz uma corrente de voltagem muito baixa (entre 0,5 e 1 V), mas elas podem ser combinadas em quase qualquer número, o que permite uma escalabilidade considerável e ampla aplicação.

A desvantagem das células a combustível de hidrogênio é o custo bastante alto dos materiais usados para produzir os catalisadores. Além disso, a eficiência desse tipo de sistema é menor do que no armazenamento de energia em baterias. O processo de produção de hidrogênio também requer alguma entrada de energia. Apesar disso, acredita-se que o hidrogênio tenha um potencial considerável como fonte de energia para carros e aplicações estacionárias. É preciso ter em mente, porém, que as células a combustível de hidrogênio são uma tecnologia ainda em fase de desenvolvimento, mas que o valor das empresas desse setor está em constante crescimento.

Soluções de última geração para eletro mobilidade com Knauf

A tecnologia de geração de hidrogênio em constante desenvolvimento está se tornando cada vez mais popular. Por este motivo, faz todo o sentido recorrer a soluções que tenham um bom desempenho neste mercado em rápido crescimento. Células modernas usam componentes de espuma de EPP, que fornecem isolamento térmico eficaz juntamente com proteção contra choques e danos. Um dos principais fabricantes dessas peças é a Knauf Industries, que também oferece uma variedade de outras soluções inovadoras de eletro mobilidade.

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