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Célula de Combustível
História Criada por Sir William Grove no século
XIX, quando teve a idéia de reagir hidrogênio com oxigênio para gerar eletricidade;
O termo célula de combustível surgiu em 1839, criado por Ludwig Mond e Charles Langer;
A primeira célula de combustível bem sucedida aconteceu devido as descobertas do engenheiro Francis Bacon em 1932, problemas técnicos adiaram a sua realização até 1959 por Harry Karl Ihrig;
No final dos anos 50, a NASA precisou pensar em geradores de eletricidade para missões espaciais. O projeto Apollo e as missões espaciais Shuttle fizeram uso das células de combustível.
Logotipo do projeto Apollo.
Sir William Grove, inventor da célula de combustível.
O que são? As células de combustível são baterias (pilhas)
que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica;
Elas possuem uma operação contínua graças a alimentação constante de um combustível;
A conversão ocorre por meio de duas reações químicas parciais em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado: a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo;
Tendo o hidrogênio como combustível e o oxigênio como oxidante, na célula de combustível a formação de água e a produção de água, além da liberação de elétrons livres, que podem gerar trabalho elétrico. Os prótons gerados na reação anódica são conduzidos pelo eletrólito até o cátodo, onde se ligam aos ânions oxigênio (O 2 - ) , formando água.
Desenho esquemático de uma célula de combustível.
Tipos de Células de CombustívelTipo (*)
Eletrólito Faixa de temp.(C)
Vantagens Desvantagens Aplicações
PEMFC Polímero(H3O
+)20-120 Alta densidade de
potência.Operação flexívelMobilidade.
Custo da membrana e catalisador.Contaminação do catalisador com CO.
Veículos automotores.Espaçonave.Unidades estacionarias.
PAFC H3PO3
(H3O+)
160-220 Maior desenvolvimento tecnológico.Tolerância a CO.
Controle da porosidade do eletrodo.Eficiência limitada pela corrosão.
Unidades estacionárias.Geração de calor.
MCFC Carbonatos fundidos(CO3
2-)
550-660 Tolerância a CO/CO2.
Eletrodos à base de Ni.
Corrosão do cátodo.Interface trifásica de difícil controle.
Unidades estacionárias.Cogeração de eletricidade / calor.
SOFC ZrO2
(zircônia)(O2-)
850-1000 Alta eficiência (cinética favorável).A reforma do combustível pode ser feita na célula.
Problemas de materiais.Expansão térmica.
Unidades estacionárias.Cogeração de eletricidade/calor
(*) PEMFC (Proton Exchange Membran Fuel Cell), PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell), MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) e SOFC (Solid Oxid Fuel Cell)
Vantagens das células de combustível
Uma célula de combustível pode converter mais do que 90% da energia contida num combustível em energia elétrica e calor;
Em função de sua elevada eficiência gera economia nos custos com eletricidade;
Elevada qualidade da energia elétrica gerada;
Gera energia continuadamente sem interrupções;
Pode ser instalada em locais internos devido ao baixo nível de ruído dispensando sistemas de isolamento acústico;
As células de combustível apresentam um elevado potencial de desenvolvimento. Em contraste, as tecnologia competidoras das células de combustível, incluindo turbinas de gás e motores de combustão interna, já atingiram um estado avançado de desenvolvimento.
Protótipo F600 Hygenius desenvolvido pela Mercedes-Benz. O protótipo gera 115 cv, tem consumo de 34,5 km/l e autonomia de 400 km.
Desvantagens das células de combustível
A necessidade da utilização de metais nobres como, por exemplo, a platina que é um dos metais mais caros e raros no nosso planeta.
O elevado custo atual em comparação com as fontes de energia convencionais.
A elevada pureza que a corrente de
alimentação do hidrogênio deve ter para não contaminar o catalisador.
Os problemas e os custos associados ao transporte e distribuição de novos combustíveis como, por exemplo, o hidrogênio.
Os interesses econômicos associados às indústrias de combustíveis fósseis e aos países industrializados.
Platina em seu estado natural. A cotação atual de uma onça troy(31,1g) desse metal é de US$ 1530,200.
Aplicações Centrais elétricas estacionárias: Centrais elétricas de distribuição:
Veículos elétricos motorizados: Equipamentos elétricos portáteis:
Célula de combustível no Brasil-IPEN Na primeira fase do projeto, os
estudos duraram dois anos e acabaram em abril de 2000;
Após isso, foram investidos 25 milhões de dólares, na compra de oito ônibus e de eletrolisadores(equipamentos para produzir hidrogênio a partir da água, com eletricidade).
Hoje, o IPEN conta com diversos profissionais qualificados na área, trabalhando principalmente em novos projetos.
Ônibus movido a célula de combustível de hidrogênio.
Logo do IPEN(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares).