Publicado em 25 de junho de 2020 por Mecânica de Comunicação

Células a combustível a hidrogênio são solução sustentável para geração de energia

Em uma era onde as fontes de energias não renováveis estão ligadas com o aquecimento global e com a degradação ambiental, surge a grande necessidade de novas fontes de energias sustentáveis para o desenvolvimento de tecnologias mais limpas e eficientes. Com isso, surge as células a combustível como uma das mais promissoras soluções para a geração de energia. 

As células a combustível são em princípios baterias, ou seja, conversores diretos de energia química em energia elétrica que não possuem seus reagentes confinados e precisam ser alimentadas continuamente por um combustível externo, geralmente utilizam o gás hidrogênio como combustível. 

Os reservatórios de gás hidrogênio são essenciais para a mobilidade de carros, para utilização em equipamentos portáteis, como para produção em grande escala de energia através de células a combustível.

O hidrogênio é o elemento em maior abundância na crosta terrestre, representando 75% da massa de nosso planeta, além disso ele é de extrema importância para as mais variadas atividades industriais e ciclos naturais. É um dos constituintes do Sol e também, juntamente com o oxigênio compõe a molécula essencial para a vida no planeta Terra, a água (H2O).

Para tornar o hidrogênio no combustível do futuro é necessário reduzir os custos de produção, desenvolver sistemas de transporte seguros, e efetuar o armazenamento e abastecimento minimizando gastos energéticos. 

A produção de hidrogênio pode ser feita via eletrólise, um processo eletroquímico bem estabelecido comercialmente há mais de 100 anos. Para realização do processo de eletrólise é necessário a utilização de água com um alto grau de pureza e a utilização de energia elétrica para realizar a quebra das ligações químicas entre os átomos de hidrogênio e oxigênio.

Sobre as células a combustível, a do tipo PEM (Proton Exchange Membrane) utiliza eletrólito do tipo sólido (os íons são prótons) operando em uma faixa de temperatura de 80°C a 100°C. Este tipo de célula apresenta alta densidade de potência e flexibilidade de operação. Em função de trabalhar em baixas temperaturas, a PEM rapidamente entra em temperatura de operação.

Para operação desse tipo de célula a combustível, os combustíveis utilizados são hidrogênio e oxigênio proveniente do ar, tendo como produtos de reação a formação de vapor d’água, calor e energia elétrica. A célula pode ser caracterizada pela quantidade de hidrogênio e oxigênio consumidos e ainda pela quantidade de vapor de água produzida, portanto, depende diretamente do ponto de operação da célula, ou seja, o consumo dos combustíveis depende diretamente da potência da célula e a energia térmica (calor) e energia elétrica da eficiência da célula em seu ponto de operação.

O gerenciamento de água nas células a combustível de membrana polimérica é crítico na operação da célula do tipo PEM, mas de grande importância para a célula atinja diretamente as grandezas operacionais uma vez que a membrana só permite uma boa condução protônica quando está devidamente umidificada, bem úmida.

As informações foram extraídas da dissertação de mestrado Estudo de uma célula a combustível hidrogênio/ar de ?? ???? de eletrólito membrana polimérica, defendida por Aldreany Pereira do Nascimento, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Campina Grande, sob orientação do professor Hervé Michel Laborde.