Os carros movidos a motores de combustão interna padrão estão lentamente dando lugar a outras soluções mais modernas e ecologicamente corretas. Entre eles estão, claro, carros elétricos e híbridos. Nos últimos anos, no entanto, os veículos elétricos com células de combustível também se tornaram muito populares. Como funcionam esses carros e quais são suas principais vantagens?
O que é um veículo elétrico com célula de combustível?
FCEV ou "Fuel Cell Electric Vehicle" é um acrônimo que descreve carros movidos a hidrogênio. Atualmente, podemos observar um desenvolvimento muito dinâmico deste segmento do mercado automotivo. Até recentemente, a propulsão por célula de combustível era oferecida apenas em alguns modelos selecionados – as pioneiras nesse quesito foram as marcas japonesas Toyota com o modelo Mirai e Hyundai com o SUV Nexo. Hoje, porém, o mercado de veículos desse tipo é muito mais amplo, em parte devido à sua eficiência e respeito pelo meio ambiente.
O funcionamento dos carros movidos a hidrogênio é muito semelhante ao dos carros elétricos. A diferença mais importante vem da forma como a energia é gerada. Nos FCEVs, a energia necessária para alimentar o motor é gerada por uma reação química na qual o hidrogênio se combina com o oxigênio para formar água. Para que essa reação ocorra, o hidrogênio deve primeiro ser armazenado em um tanque – ele pode ser reabastecido exatamente da mesma forma que a gasolina ou o diesel.
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Como funcionam as células de combustível?
Curiosamente, embora essa solução só agora esteja ganhando popularidade no mundo automotivo, o princípio das células de combustível foi descrito pela primeira vez em 1838. Foi desenvolvido pelo químico alemão-suíço Christian Friedrich Schönbein. A célula consiste em dois eletrodos – um ânodo e um cátodo na forma de papel carburado revestido com platina. Os eletrodos são separados por um eletrólito ou uma membrana eletrolítica especial. Quando o hidrogênio está na célula (à qual deve ser alimentado previamente), ele é oxidado. Trata-se de uma reação química que envolve a doação de elétrons pelos átomos ou íons de um elemento – no caso, o hidrogênio.
Como resultado da oxidação, são produzidos cátions de hidrogênio e ânions de oxigênio. Devido à presença do eletrólito em seu interior, é possível o fluxo de prótons do cátodo para o ânodo e bloqueio de ânions de oxigênio, entre outros. Quando os cátions de hidrogênio entram em contato com o cátodo, eles reagem com os ânions de oxigênio, criando água. Os elétrons do ânodo, por outro lado, após passarem por um circuito elétrico, produzem energia usada para alimentar o motor.
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Células de combustível vs. células galvânicas – diferenças básicas
Uma célula de combustível gera eletricidade como resultado do processo de oxidação do hidrogênio. Embora o objetivo seja o mesmo para células galvânicas, os processos envolvidos nas duas tecnologias diferem significativamente. Ao contrário das baterias e acumuladores, que são usados em sistemas galvânicos, as células de combustível não precisam ser carregadas. Isso significa que eles podem começar a operar virtualmente assim que o combustível for fornecido. Quando se trata de reabastecer o hidrogênio, toda a operação parece praticamente a mesma que reabastecer gasolina ou diesel. A diferença mais importante, no entanto, é que o hidrogênio é contado em quilogramas, não em litros. Também é importante controlar a velocidade com que o hidrogênio flui pelo dispensador – se o abastecimento for feito muito rapidamente, pode ocorrer um aumento muito perigoso da temperatura.
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O futuro do hidrogênio nos automóveis
As células de hidrogênio não encontraram uso generalizado por muito tempo – até a década de 1960. Com o tempo, porém, seu potencial foi percebido e começaram a ser usados, por exemplo, em espaçonaves da NASA. Hoje em dia, eles podem ser encontrados principalmente nas baterias dos carros elétricos, o que está associado a um número considerável de benefícios. As vantagens mais importantes incluem, em primeiro lugar, a redução de emissões nocivas. Além disso, o tanque de hidrogênio é extremamente leve: 120 litros desse gás podem pesar apenas 5 quilos, o que é de grande importância em termos de eficiência, operação e autonomia potencial do carro elétrico.
É difícil não notar o desenvolvimento muito dinâmico do segmento automotivo a hidrogênio nos últimos anos. Essas soluções têm um grande potencial – pode acontecer que no futuro elas substituam completamente as tecnologias usadas atualmente. No entanto, é importante mencionar algumas limitações, que ainda representam um desafio considerável. Em primeiro lugar, temos de enfrentar o problema da baixa disponibilidade de hidrogénio, que se traduz num preço elevado. Apesar de ser o elemento mais comum no universo, obtê-lo na Terra com as tecnologias atuais é bastante desafiador. Outro desafio é a temperatura operacional do gás, que em células de baixa temperatura deve chegar a ca. 250°C. Como resultado, cada vez que o motor é ligado, é necessário aquecê-lo, o que pode levar algumas dezenas de segundos, dependendo do modelo específico.
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